Δ-Baryon

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Delta-Baryon (Δ+++0)

Klassifikation
Fermion
Hadron
Baryon
Eigenschaften [1]
Ladung 2, 0 oder ±1 e
(+3,204 · 10−19 C,
0 oder ±1,602 · 10−19 C)
Masse ≈1232 MeV/c2
SpinParität 3/2+
Isospin 3/2 (z-Komponente ±3/2,±1/2)
Zerfallsbreite ≈118 MeV
Quark-Zusammensetzung uuu, uud, udd, ddd

Die Δ-Baryonen (Delta-Baryonen) oder Delta-Resonanzen sind Baryonen, die aus Up- und Down-Quarks bestehen. Sie besitzen Spin und Isospin 3/2.

Es gibt vier verschiedene Δ-Baryonen, die meist durch ihre elektrische Ladung gekennzeichnet werden:  Δ++, Δ+, Δ0 und Δ.
Δ+ und Δ0 bestehen aus den gleichen Quarks wie die Nukleonen Proton und Neutron und können deshalb als deren Spinanregung aufgefasst werden.

Es wurde als erste Pion-Nukleon-Resonanz 1951 am Zyklotron in Chicago von Herbert L. Anderson, Enrico Fermi, E. A. Long und Darrah E. Nagle entdeckt.[2][3] Beobachtet wurde eine Resonanz bei einer Energie der an Protonen gestreuten Pionen von etwa 180 MeV. Sie wurde von Keith Brueckner mit dem Isospin-Modell von Pionen und Nukleonen erklärt.

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das SU(3)-Baryon-Dekuplett.

Die vier Δ-Baryonen gehören dem SU(3)-Dekuplett an. Sie unterscheiden sich durch ihren Quarkinhalt, welcher abstrakt als Isospin-3/2-Vektor im Flavourraum aufgefasst werden kann. Der Quarkinhalt der Δ-Baryonen lautet

Symbol Quarkinhalt Isospin-z-Komponente
Δ++ uuu +3/2
Δ+ uud +1/2
Δ0 udd −1/2
Δ ddd −3/2

Δ-Baryonen zerfallen zu nahezu 100 % in ein Nukleon und ein Pion. Ein sehr geringen Anteil (<1 %) zerfällt unter Aussenden eines Photons in ein Nukleon.[4]

Besonderheiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Betrachtet man nur die Spin- und Flavour-Anteile, stellen die Δ-Baryonen Δ++ und Δ scheinbar eine Verletzung des Pauli-Prinzips dar. Als Fermionen müssten sie nämlich eine anti-symmetrische Wellenfunktion besitzen, ihre Spin- und Flavour-Wellenfunktionen sind jedoch komplett symmetrisch, z. B.

,

wo für Up-Quark steht und + für die Spin-Projektion.

Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass ein weiterer Freiheitsgrad für Quarks postuliert wird, die sogenannte Farbladung. Führt man diese neue Quantenzahl ein, so erhält man

mit dem Levi-Civita-Symbol und den Farbfreiheitsgraden und (grün, blau, rot). Damit ist die Wellenfunktion wieder anti-symmetrisch.

So trugen die Δ-Baryonen zur Entwicklung der Quantenchromodynamik bei.[5]

Heute sind die Δ-Baryonen weiterhin von theoretischem Interesse, da sich an Ihnen, analog zu den ρ-Mesonen, Modelle der Dynamik der starken Kraft testen lassen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: K. Nakamura et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Journal of Physics G, 37, 2010, 075021, lbl.gov
  2. H. L. Anderson, E. Fermi, E. A. Long, D. E. Nagle: Total Cross Sections of Positive Pions in Hydrogen. In: Phys. Rev., Band 85, 1952, S. 936, princeton.edu (PDF)
  3. Darrah E. Nagle: The Delta - the first pion nucleon resonance, LALP 84-27. (PDF) Los Alamos National Laboratory; nach einer Vorlesung zu Ehren von Herbert Anderson an der Universität Chicago 1982.
  4. N. Nakamura et al. (2010): Particle listings – Δ (PDF; 70 kB)
  5. F. Yndurain: The Theory of Quarks and Gluon interactions. 4. Auflage. Springer, 2006, ISBN 3-540-64881-X.