Farbladung

Unter Ladung versteht man in der Physik die Eigenschaft eines Objektes, mit einem Feld (mit Ausnahme des Gravitationsfeldes, bei dem die Masse die Funktion der Ladung übernimmt) wechselzuwirken. Für verschiedene Felder gibt es verschiedene, voneinander unabhängige Ladungen (z.B. tragen Elektronen eine elektrische Ladung, aber keine Farbladung, Gluonen tragen eine Farbladung, aber keine elektrische Ladung, und Quarks tragen sowohl eine elektrische, als auch eine Farbladung).

Die Ladung bestimmt sowohl, welches Feld in welcher Stärke vom Teilchen erzeugt wird, als auch, wie das Teilchen vom Feld beeinflußt wird.

In der modernen Physik sind Ladungen stets die nach dem Noether-Theorem zur Eichsymmetrie der zugehörigen Feldtheorie (Eichtheorie) gehörige Erhaltungsgröße. Die Ladungen eines Objekts sind jeweils lorenzinvarianter Skalare, d.h. sie wird durch eine einzige Zahl gegeben, die in allen Bezugssystemen denselben Wert hat.

Die Ladungen der Elementarteilchen sind stets ganzzahlige Vielfache einer bestimmten Ladung, wobei für jedes Elementarteilchen jede Ladung einen genau festgelegten, nicht veränderbaren Wert hat. So hat z.B. jedes Elektron dieselbe elektrische Ladung -e = ca. -1,6&middot10^-19C. Das zu einem Teilchen gehörige Antiteilchen hat genau die entgegengesetzen Ladungen. Teilchen, die überhaupt keine Ladung irgendeiner Art tragen (z.B. Photonen), sind identisch mit ihrem Antiteilchen.

Elektrische Ladung

Die elektrische Ladung ist Quelle des elektrischen Feldes. Ihre Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Feld wird über die Maxwellgleichungen und über die Coulomb- und Lorentzkraft beschrieben.

Die Ladung freier Objekte ist stets ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung. Die Ladung der Quarks ist stets ein ganzzahliges Vielfaches eines Drittels der Elementarladung.

Es gibt genau zwei einander entgegengesetzte elektrische Ladungen, die man durch ein unterschiedliches Vorzeichen kennzeichnet. Zwei gleich große, entgegengesetzte Ladungen (z.B. von Elektron und Proton) heben sich gerade auf.

Objekte oder Teilchen, die keine elektrische Ladung tragen, nennt man auch elektrisch neutral.

Farbladung

Die Farbladung ist die zur starken Kraft (Farbkraft) gehörige Ladung. Es gibt drei verschiedene Ladungen, die sich zusammen zur Ladung Null addieren. In Analogie zur additiven Farbmischung nennt man diese drei Ladungen "rot", "grün" und "blau", und Teilchen ohne Farbladung nennt man "weiß". Die Farben der zugehörigen Antiteilchen nennt man "antirot", "antigrün" und "antiblau". Ein weißes Teilchen kann sowohl durch die Kombination einer Farbe mit ihrer Antifarbe, als auch durch die Kombination der drei Farben oder der drei Antifarben gebildet werden. Alle diese Möglichkeiten kommen in der Natur vor.

Teilchen mit Farbladung können nie einzeln auftreten, sondern sind stets in insgesamt weißen (farbneutralen) Teilchen gebunden. Dieses so genannte Confinement liegt daran, dass - anders als beim elektromagnetischen Feld - die Feldquanten (Gluonen) ihrerseits eine Farbladung tragen und sich gegenseitig anziehen. Dadurch wird die Energie, die man bräuchte, um Teilchen mit Farbladung voneinander zu trennen, so groß, daß sie zur Erzeugung von Teilchen-Antiteilchen-Paaren ausreicht, die insgesamt die Einzelteile wieder zu farbneutralen Objekten ergänzen. Dies ist auch der Grund, warum die starke Kernkraft so kurzreichweitig ist, obwohl die Gluonen, wie die Photonen, masselos sind.

Zu beachten ist, daß die Farben der Farbladung nichts mit der Farbe von Objekten zu tun hat. Diese ist eine Eigenschaft, die unser Sehsystem aus dem elektromagnetischen Spektrum der Objekte ableitet. Die Bezeichnungen "Farbe" sowie die Verwendung der Farbnamen für die Ladung sind nur als reine Analogie zu verstehen.