Flavour

Flavor oder Flavour (engl. "Geschmack") ist eine der Quantenzahlen von Elementarteilchen (Quarks und Leptonen) im Zusammenhang mit der schwachen Wechselwirkung. In Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung ist diese Symmetrie jedoch gebrochen und es existieren flavorändernde Prozesse. In der Quantenchromodynamik dagegen ist es eine globale Symmetrie.

Die Bezeichnung "flavor" wurde erstmals 1968 im Zusammenhang mit dem Quark-Modell der Hadronen verwendet. Der Name soll von Murray Gell-Mann und Harald Fritzsch erfunden worden sein, als sie auf dem Weg zum Mittagessen an ein einer Eisdiele (Baskin-Robbins) vorbeigingen, welche 31 verschieden Geschmackssorten angebot.

schwache Wechselwirkung

Es gibt insgesamt 6 verschiedene Quark-Flavors:

up u (B=1/3, Q=2/3, I_z=1/2, Y=1/3, Y_W=1/3)
down d (B=1/3, Q=-1/3, I_z=-1/2, Y=1/3, Y_W=1/3)
strange s (B=1/3, Q=-1/3, I_z=0, S=1, Y=-2/3, Y_W=1/3)
charm c (B=1/3, Q=2/3, C=1, Y_W=1/3)
bottom (auch beauty genannt) b (B=1/3, Q=-1/3, B'=-1, Y_W=1/3)
top (manchmal auch truth genannt) t (B=1/3, Q=2/3, T=1, Y_W=1/3)

Hier ist B die Baryonenzahl, Q die elektrische Ladung, I_z der Isospin, Y die Hyperladung, S die Strangeness, C der Charm, B' die Bottomness, T die Topness und Y_W die schwache Hyperladung.

Hadronen erhalten ihren Flavor von den Valenzquarks: Dies ist die Grundlage des Eightfold way und des Quark-Modells. Für Hadronen und Quarks gelten folgende Beziehungen:

$Y=B+S+C+B'+T$
$Q=I_{z}+Y/2$

Leptonen treten ebenfalls in 6 Flavors auf:

Elektron e (L=1, Q=-1, Y_W=-1)
Elektron-Neutrino ν_e (L=1, Q=0, Y_W=-1)
Myon μ (L=1, Q=-1, Y_W=-1)
Myon-Neutrino ν_μ (L=1, Q=0, Y_W=-1)
Tau τ (L=1, Q=-1, Y_W=-1)
Tau-Neutrino ν_τ (L=1, Q=0, Y_W=-1)

L ist hier die Leptonenzahl.

Antiteilchen haben gegenüber den korrespondierenden Teilchen entgegengesetzte Quantenzahlen. So hat zum Beispiel das Positron (das Anti-Elektron) die Quantenzahlen L=-1 und Q=1.

Die 6 Flavors der Quarks sind in drei Familien eingeteilt: (u, d), (s, c), (b, t). Das erste Mitglied jeder Familie hat jeweils eine elektrische Ladung von Q=2/3 und das zweite Q=-1/3. Auch die Leptonen sind in 3 Familien eingeteilt (e, ν_e), (μ, ν_μ), (τ, ν_τ). Hier hat das erste Mitglied eine elektrische Ladung von Q=-1 und das zweite Q=0. Die Anzahl der Familien von Quarks und Leptonen muss übereinstimmen um chirale Anomalitäten zu verhindern.

Ein Fermion des jeweiligen Flavors ist ein Eigenzustand schwach wechselwirkenden Teil des Hamilton-Operators: Jedes Teilchen wechselwirkt in charakteristischer Weise mit den Vektorbosonen W^± und Z⁰. Andererseits ist Fermion mit bestimmter Masse (also ein Eigenzustand des kinematischen Teil des Hamilton-Operators) eine Überlagerung der verschiedenen Flavor-Zustände. Daraus folgt, dass sich der Flavor-Zustand eines Teilches sich ändern kann, während es sich frei bewegt. Die Transformation von der Flavour-Basis zu der Massen-Basis erfolgt bei Quarks durch die Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix (CKM-Matrix). Für Neutrinos existiert analog die NMS-Matrix.

Bei mehr als 3 Familien erlaubt die CKM-Matrix eine Verletzung der CP-Invarianz.

Quantenchromodynamik

Erhaltungsgrößen

Absolut erhalten bleiben:

elektrische Ladung: Q
Differenz von Baryonenzahl und Leptonenzahl: B - L

In der starken Wechselwirkung bleiben alle Flavor-Quantenzahlen erhalten.

Neuere Theorien (Vereingungstheorien von starker und schwacher Wechselwirkung) sagen eine Nichterhaltung der Baryonenzahl bzw. der Leptonenzahl allein voraus.

siehe auch