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Aufbau der Materie

Die schwache Wechselwirkung

 

Ohne die schwache Wechselwirkung würde die Sonne nicht leuchten!

Die schwache Wechselwirkung, die durch die sog. W+, W- und Z Teilchen vermittelt wird, besitzt nur eine sehr geringe Reichweite, bzw. Prozesse, an denen sie beteiligt ist, vollziehen sich langsamer als bei starker oder elektromagnetischer Kraft. Dies liegt an der großen Masse ihrer Austauschteilchen (ca. 80 GeV). An dieser Wechselwirkung nehmen alle Elementarteilchen teil (also Quarks und Leptonen).

Der sicherlich wichtigste Vorgang, bei dem die schwache Wechselwirkung beteiligt ist, ist die Verschmelzung von Wasserstoffatomen zu Helium (der sog. Fusion) im Inneren der Sonne. Dieser Prozess ist die Energiequelle aller Sterne.

Schematische Darstellung des Betazerfalls.

Die Entdeckung der schwachen Wechselwirkung geht auf die Analyse des sog. Betazerfalls zurück, der in der Abbildung dargestellt ist. Dabei wandelt sich ein Neutron in ein Proton um und sendet zusätzlich ein Elektron und ein Neutrino aus. Das Neutron ist jedoch aus einem u-Quark und zwei d-Quarks zusammengesetzt, das Proton hingegen aus einem d-Quark und zwei u-Quarks. Der Betazerfall des Neutrons ist auf der Ebene seiner Konstituenten also die Umwandlung eines d-Quarks in

Feynman Diagramm zur Umwandlung eines d- in ein ein u Quark

ein u-Quark. Diese Umwandlung erfolgt dabei durch die Abstrahlung eines negativ geladenen W Teilchens, das anschließend in ein Elektron und ein (Anti-) Neutrino zerfällt. Die linke Abbildung stellt diesen Prozess in einem sog. Feynman Diagramm dar.

Auf ähnliche Weise bewirkt die schwache Wechselwirkung den Zerfall instabiler Hadronen, der im Abschnitt über Quarks erwähnt wurde, oder den Zerfall des Myon in Elektron und Neutrino. Die schwache Kraft ist die einzige Wechselwirkung, die diese Form der Teilchenumwandlung bewirken kann.

Die eingangs bereits erwähnte Fusion von Wasserstoff zu Helium(-Kernen) vollzieht sich übrigens ähnlich wie der Betazerfall. Allerdings wandeln sich hier Protonen in Neutronen um (sog. inverser Betazerfall). Am Ende entstehen Heliumkerne, die aus je zwei Protonen und Neutronen bestehen.

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Letzte Änderung: Juli 16, 2004