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Valenzquark

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Wann spricht man von Valenzquarks?

Wenn in Baryonen oder Mesonen die Rede von Quarks ist, so sind meist die Valenzquarks gemeint, da ihre Eigenschaften verantwortlich für die experimentell beobachteten Eigenschaften der Hadronen sind. Im Niedrigenergielimit der QCD spricht man von Konstituentenquarks anstatt von Valenzquarks. Es fällt in diesem Zusammenhang auch oft der Begriff des Stromquarks.

Spricht man von Nukleonen als eine Kombination aus drei Quarks, so ist das nur eine Vereinbarung auf ein vereinfachendes Modell. Somit hat der Begriff Valenzquark nur in den Bereichen Gültigkeit, in denen er in erster Näherung gelten kann.

Was sind Valenzquarks? Welche Funktion erfüllen sie?

Maßgebliche Eigenschaften wie Art und Ladung des zusammengesetzten Teilchens werden durch die Valenzquarks bestimmt. Spin und Masse setzen sich zusammen aus Valenzquarks und dem Beitrag der Komponenten aus dem Quark-Gluon-See. Dabei tragen die Valenzquarks z.B. beim Proton nur zu etwa 50% zum Gesamtspin bei. Wobei 30-50% der Strahlenergie auf die Valenzquarks entfällt. Dies führt zu hohen Schwerpunktsenergien. Den Impuls teilen sich ebenfalls die Valenzquarks mit den Seequarks sowie den virtuellen Gluonen im Proton. Diese Werte sind allerdings noch nicht gesichert. Die andere Hälfte wird von den Spins der Gluonen und der Quark-Antiquark-Paare aus dem Quark-Gluon-See gestellt.

Begriffsklärungen

Definition

 In Anlehnung an die sog. Valenzelektronen, welche die wichtigsten Eigenschaften eines Atoms   
 bestimmen,
 bezeichnet man die Quarks, die die wichtigsten Eigenschaften eines Hadrons bestimmen, 
 als Valenzquarks.

Sie sind der Hauptbestandteil von Quarkverbindungen wie Protonen.

andere Bezeichnungen

Hauptquark

Begriffsdefinition beim Proton

Valenzquarks eines Protons nennt man die drei Quarks, die mit ihrer Art, Ladung, Masse und anderen Quantenzahlen für die Bestimmung der spektroskopischen Eigenschaften und die Quantenzahlen der Nukleonen sowie der statische Struktur, verantwortlich sind.

Aufgrund der elektrischen Ladung des Protons zum Beispiel müssen zu jeder Zeit mindestens zwei up- und ein down-Quark im Quark-Gluon-See befinden.

Problematik des Begriffes der Valenzquarks

Die Quarks in einem Hadron senden ständig Gluonen aus, diese wandeln sich teilweise in virtuelle Quark-Antiquark-Paare um. Diese wiederum vernichten sich gegenseitig in einer Endlos-Schleife.

Schlussfolgerung:

Das bisherige Bild von einem Hadron, aufgebaut aus drei Valenzquarks oder einem Quark-Antiquark-Paar, ist zu einfach. Die Valenzquarks, schwimmen in einem fluktuierenden See aus ständig entstehenden und vergehenden Quarks und Gluonen. Denn auch sie sind nicht statisch, sondern entstehen und vergehen in dem See. Daraus folgt, dass dabei aber nicht mehr wie bisher genau festgelegt werden kann, welches der vielen 'statischen' Quarks nun ein Valenzquark ist. Die Bedingung dabei ist nur, dass dem Teilchen entsprechend zu jeder Zeit mindestens die Valenzquarkanzahl zur Verfügung steht. Das impliziert, dass bei einer höheren Anzahl nicht mehr genau gesagt werden kann welches der Quarks ein Valenzquark ist.

Wo stößt die Definition der Valenzquarks endgültig an ihre Grenzen

Bei einigen Mesonen gibt es die Möglichkeit zur Definition von Valenzquarks nicht.

Beispiel eines Mesons

Das h-Meson unterscheidet sich ausschließlich durch die Anwesenheit von Energie und Impuls vom Vakuum. Nicht Drehimpuls, Flavor oder Ladung sind hier entscheidend. Ohne die Bedeutung solch grundlegender Eigenschaften, verliert der Begriff der Valenzquarks hier an Sinn.

Aktuelle Forschung

Es wird an der Bestimmung der Dichteverteilung der Valenzquarks im Proton gearbeitet.