Tief inelastische Streuung

Tiefinelastische Streuung eines Leptons an einem Hadron in führender Ordnung Störungstheorie

Die tiefinelastische Streuung ist eine Streuung eines Elementarteilchens hoher kinetischer Energie, z. B. eines Elektrons, Myons oder Neutrinos, an einem Nukleon mit großem Energie- und Impulsübertrag. Bei solchen Streuvorgängen zeigt sich, dass sehr viel mehr Streuelektronen mit niedriger Energie detektiert werden, als man aufgrund von Resonanzen der Nukleonen, z. B. der Δ-Resonanz, erwartet. Die tiefinelastische Streuung deutet darauf hin, dass Nukleonen aus punktförmigen Konstituenten, Partonen genannt, aufgebaut sind. Es zeigte sich, dass die Partonen die von Murray Gell-Mann postulierten Quarks sind. Die Wechselwirkung der Nukleonen mit den Elektronen geschieht also an Quarks im Nukleon.

Streuexperimente

→ Hauptartikel: Streuung (Physik)

Physikalische Streuexperimente geben Aufschluß über die Struktur von Teilchen. Mit der Rutherford-Streuung zeigte sich, dass ein Atom aus einem kleinen, massereichen, positiv geladenen Atomkern und viel leerem Raum mit den negativ geladenen Elektronen besteht. Die Alphateilchen geben bei der Rutherford-Streuung keine kinetische Energie ab, es handelt sich um eine elastische Streuung.

Die tiefinelastische Streuung ist eine inelastische Streuung an Nukleonen, d. h., die gestreuten Teilchen geben kinetische Energie an das Nukleon ab. Die gestreuten Teilchen treffen mit sehr hoher kinetischer Energie auf das Nukleon, das hat zur Folge, dass sie eine De-Broglie-Wellenlänge haben, die viel kleiner ist als die Ausdehnung des Nukleons. Die tiefinelastische Streuung gibt aufgrund der genügend kurzen Wellenlänge der Streuteilchen Aufschluß über die Struktur tief im Nukleon.

Elektron-Proton-Streuung

Durch die Streuung von Elektronen am Proton versucht man, die dimensionslosen Strukturfunktionen $F_{1}(x,Q^{2})$ und $F_{2}(x,Q^{2})$ zu bestimmen. Dabei ist $Q^{2}$ der übertragene Viererimpuls und $x$ die Bjorken-Skalierung. Sind die Strukturfunktionen nicht vom Viererimpuls abhängig, zeigt das, dass die Elektronen an punktförmigen Konstituenten des Protons gestreut werden.

Literatur

• B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche: Teilchen und Kerne. 4. Auflage, Springer, 1997.