Die starke Wechselwirkung -
Die "Kernkräfte" und ihre Reichweite
Die starke Wechselwirkung findet zwischen
Quarks statt und wird durch
Gluonen vermittelt.
Vor dieser Erkenntnis hielt man die
Nukleonen für die Träger der starken Wechselwirkung und ihr starker Zusammenhalt in Atomkernen wurde mit den zwischen ihnen wirkenden
Kernkräften
erklärt.
Die Kernkräfte sind nur sehr kurzreichweitig, etwa 10
-15
m = 1 fm.
Wir wissen heute, dass die Kernkräfte ihre
Ursache in der starken Wechselwirkung bzw. dem Austausch von Gluonen haben.
Dies ist allerdings quantitativ bis heute noch nicht erklärbar. Es wird versucht, dies innerhalb der
QCD zu erklären.
Eine entscheidende Frage dabei lautet:
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Warum haben Kernkräfte eine kleine Reichweite?
Gluonen koppeln nur an andere, auch Farbladung tragende Teilchen. Die Quarks in Protonen und Neutronen bilden
farbneutrale, weiße Kombinationen. Sie kompensieren so nach außen ihre Farbladungen und scheinen wie Teilchen
ohne Farbladung zu wirken. Die starke WW wirkt daher auf sie zunächst
nicht. Erst wenn sich die Nukleonen
sehr nahe kommen, "stellen sie fest", dass ihr Gegenüber zwar nach außen farbneutral ist, aber im Inneren sehr wohl einzelne Farbladungen enthält. Sie können daher erst bei sehr kleinen Abständen (Größenordnung 10
-15
m) miteinander stark wechselwirken bzw. die Kernkräfte aufeinander ausüben.
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Zu dieser anschaulichen Erklärung gibt es ein Analogon der
QED
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Auch Atome, die nach außen elektrisch
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ungeladen sind, üben bei sehr geringen Abständen zueinander elektrische
Van-der-Waals-Kräfte
aus.
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Wir haben den Begriff "Reichweite" einer Kraft bisher kommentarlos verwendet. Zur genaueren Festlegung des Begriffs ist es wichtig, sich die
Abstandsabhängigkeit
der Kraft bzw. des zugehörigen Potentials anzusehen. Man muss hierbei das sogenannte
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Kernpotential, dass für die Kräfte zwischen Nukleonen verantwortlich ist, vom Potential der starken Wechselwirkung zwischen Quarks (1-Gluon-Austausch) unterscheiden. Dazu mehr auf der nächsten Seite.
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