Ω-Baryon

Ω−
Klassifikation
Fermion; Hadron; Baryon
Eigenschaften [1]
elektrische Ladung	−1 e;
Ruheenergie	1672,45(29) MeV;
magnetisches Moment	−2,02(5) μN;
SpinParität	3⁄2+
Isospin	0
Strangeness	−3
mittlere Lebensdauer	0,821(11) · 10−10 s;
Quark-; Zusammensetzung	sss

Das Ω-Baryon, auch Omega-Baryon, ist ein relativ langlebiges Hadron, das zur Gruppe der Baryonen gehört.

Nachweis des ersten Ω⁻ (1964).[2] Die an Erzeugung und Zerfall beteiligten geladenen Teilchen hinterließen Spuren in der Blasenkammer (hier nachgezeichnet). Gestrichelt dargestellt sind elektrisch neutrale Teilchen, die im Detektor nicht sichtbar waren. Ein hochenergetisches K⁻ traf auf ein Proton in der Blasenkammer. Dabei wurden ein Ω⁻, ein K⁺ und ein K⁰ erzeugt. Beim Zerfall des Ω⁻ entstand ein π⁻ sowie ein Ξ⁰, das weiter in ein Λ⁰ und ein π⁰ zerfiel. Das Λ⁰ zerfiel in ein Proton und ein π⁻; das (aufgrund seiner kurzen Lebensdauer hier nicht sichtbare) π⁰ zerfiel in zwei Photonen (γ), die jeweils ein Elektron-Positron-Paar erzeugten.

Das Teilchen wurde 1961 auf Grund theoretischer Überlegungen vorhergesagt und 1964 am Brookhaven National Laboratory in einer Blasenkammer experimentell nachgewiesen.[2] Mit seiner sss-Konfiguration hat es die Strangeness −3. Es ist das einzige bekannte Teilchen, das aus drei schweren (d. h. nicht der ersten Elementarteilchenfamilie angehörenden) Quarks desselben Flavours besteht.

Erzeugung und Zerfall

Da bei der Erzeugung über die starke Wechselwirkung die Strangeness-Quantenzahl erhalten bleibt, müssten bei der Erzeugung eines Ω⁻ neben drei s-Quarks auch drei s-Antiquarks erzeugt werden. Dies lässt sich auf zwei ss-Paare reduzieren, wenn einer der Reaktionspartner ein K⁻ (Kaon) ist, weil dieses schon ein s-Quark enthält. Wegen der Erhaltung der Baryonenzahl muss der andere Reaktionspartner ein Baryon sein, am einfachsten ein Proton (p). Eine mögliche Reaktion ist:

K⁻ (us) + p (uud) → Ω⁻ (sss) + K⁺ (us) + K⁰ (ds)

Der Zerfall ist aus energetischen Gründen nur in Teilchen mit insgesamt weniger als drei s-Quarks möglich und kann daher nur über die schwache Wechselwirkung geschehen, z. B. durch:

Ω⁻ (sss) → Λ⁰ (uds) + K⁻ (us)

Ω⁻ (sss) → Ξ⁰ (uss) + π⁻ (ud)

Scheinbare Verletzung des Pauli-Prinzips

Das $\Omega ^{-}$ -Teilchen (sss) stellte vor Einführung der Farbladung, ähnlich dem $\Delta ^{++}$ - (uuu) und dem $\Delta ^{-}$ -Teilchen (ddd), eine Verletzung des Pauli-Prinzips dar. Es handelt sich bei allen drei Teilchen um Mitglieder des Baryonendekupletts mit einem Spin von ³⁄₂. Da Quarks Fermionen mit Spin ¹⁄₂ sind, müssen die Spins der drei Quarks parallel stehen, damit die Vektorsumme ³⁄₂ ergibt. Dies wiederum bedeutet, dass die Quarks in allen Quantenzahlen gleich sind. Dies würde implizieren, dass die Wellenfunktion des Omega symmetrisch ist. Das Pauli-Prinzip fordert jedoch für Fermionen eine anti-symmetrische Wellenfunktion.

Das Problem wurde gelöst, indem man einen zusätzlichen inneren Freiheitsgrad für Quarks postulierte, die Farbladung. Damit unterscheiden sich die Quarks wieder in mindestens einer Quantenzahl, und ihre Wellenfunktionen sind wieder anti-symmetrisch.

Ω_c und Ω_b

Es sind schwere Baryonen nachgewiesen worden, die an Stelle eines der s-Quarks ein Charm-Quark bzw. ein Bottom-Quark besitzen, also mit der Quarkzusammensetzung ssc und ssb. Sie werden als Ω_c (oder Ω_c⁰) bzw. Ω_b (oder Ω_b⁻) bezeichnet.

Literatur

Povh, Rith, Scholz, Zetsche: Teilchen und Kerne, Springer, 4. Auflage 1997, ISBN 3-540-61737-X

Siehe auch

Einzelnachweise

Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: J. Beringer et al. (Particle Data Group): 2013 Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Bd. 86, 2012, 010001 und 2013 partial update for the 2014 edition. (Nicht mehr online verfügbar.) Particle Data Group, archiviert vom Original am 26. Februar 2014; abgerufen am 26. Februar 2014 (englisch)..
V. E. Barnes et al.: Observation of a Hyperon with Strangeness Minus Three In: Physical Review Letters. Band 12, 1964, S. 204 (online)

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[1] Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: J. Beringer et al. (Particle Data Group): 2013 Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Bd. 86, 2012, 010001 und 2013 partial update for the 2014 edition. (Nicht mehr online verfügbar.) Particle Data Group, archiviert vom Original am 26. Februar 2014; abgerufen am 26. Februar 2014 (englisch)..

[entdeckung-2] V. E. Barnes et al.: Observation of a Hyperon with Strangeness Minus Three In: Physical Review Letters. Band 12, 1964, S. 204 (online)