Confinement
Als Confinement (dt. soviel wie Einsperrung) bezeichnet man in der Elementarteilchenphysik das Phänomen, dass Quarks nicht isoliert vorkommen.
In der Natur und in Experimenten sind bislang nur Quark-Antiquark-Paare (Mesonen) oder Quark-Tripletts (Baryonen) beobachtet worden.
Quarks kommen also nur "eingesperrt" (engl. confined) in Mesonen oder Bosonen vor.
Versuche, mit hohen Energien die Quarks zu "trennen", bewirkt nur eine spontane Paarbildung (aus der aufgewendeten Energie) und die Bildung weiterer Paare und Tripletts bzw. Antitripletts.
Im Rahmen der Quantenchromodynamik, der Quantenfeldtheorie der starken Wechselwirkung, wird das Confinement mit Hilfe der Farbladung der Quarks beschrieben:
Farbladungen kommen in drei Arten vor, und zu jeder Farbladung gibt es eine entgegengesetzte Antifarbladung. Wenn ein Elementarteilchen insgesamt eine Einheit einer Farbladung und eine Einheit der entsprechenden Antifarbladung enthält, ist es farbladungsneutral. Genauso ist ein Teilchen, in dem jede der drei Farbladungen (oder jede der drei Antifarbladungen) in gleicher Stärke vorkommt, farbladungsneutral.
Die Beobachtung des Confinement lässt sich dann auch folgendermaßen formulieren:
"In der Natur kommen nur farbneutrale Objekte vor."
Der genaue Mechanismus des Confinement ist bislang nur ansatzweise verstanden. Durch Methoden der Gittereichtheorie und der Störungstheorie innerhalb der Quantenchromodynamik ist es gelungen, ein sogenanntes "Quark-Potential" zu bestimmen. Während in anderen Wechselwirkungen, etwa der Gravitation oder im Elektromagnetismus, die Wechselwirkungsstärke mit zunehmendem Abstand abnimmt, wächst sie bei Quarks. Um zwei Quarks voneinander zu trennen, muss man also eine immer größere Energie aufwenden. Irgendwann wird diese aufzuwendene Energie so groß, dass sie zur Paarbildung eines Quark-Antiquark Paares ausreicht. Anstatt zwei Quarks zu trennen, entsteht dann (beispielsweise) auf der einen Seite ein Meson, auf der anderen ein Antimeson.
Ein volles Verständnis des Confinement erfordert die Entwicklung geeigneter Methoden, um innerhalb der Quantenchromodynamik Vielkörperprobleme zu lösen.