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 besitzen denselben Quarkinhalt 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 beinahe 100 % in ein Nukleon und ein Pion. Zu einem sehr geringen Anteil (<1 %) zerfallen sie unter Aussendung 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 (online).
  2. H. L. Anderson, E. Fermi, E. A. Long, D. E. Nagle, Total Cross Sections of Positive Pions in Hydrogen, Phys. Rev., Band 85, 1952, S. 936, 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-Datei; 70 kB)
  5. F. Yndurain: The Theory of Quarks and Gluon interactions. 4. Auflage. Springer, 2006, ISBN 3-540-64881-X.