Die starke Wechselwirkung - Reichweite der starkenWechselwirkung WelcheReichweiten haben Wechselwirkungen bzw. die daraus resultierenden Krä fte? DieReichweite x einer Wechselwirkung wird man in der Regel so festlegen, dassx die maximal mö gliche Entfernung zwischen zwei Teilchen ist, so dasssie gerade noch wechselwirken kö nnen. Im makroskopischenBereich, dessen Dynamik im wesentlichen durch die elektromagnetischeWechselwirkung und die Gravitation bestimmt ist, ist diese Definition relativ unproblematisch. Man kennt diegenauen Verlä ufe der Potenziale bzw. der zugehö rigen Krä fteund kann so sehr genau entscheiden, wie groß sie in einer bestimmtenEntfernung sind. Wichtig ist dabei, dass das Coulomb-Gesetz und das NewtonscheGravitationgesetz dieselbe Abstandsabhä ngigkeit besitzen. (siehe Abb.rechts und  )Beide Wechselwirkungen bzw. Krä fte haben eine unendliche Reichweite.  WelcheReichweite hat die starke Wechselwirkung zwischen Quarks, die sich aufdie Grö ß enordnung der Nukleonen (fm = 10 -15 m) zu beschrä nken scheint? Wirwissen, dass sich die Quarks in einem Nukleon, z.B. im Proton, relativ freibewegen kö nnen ( asymptotischeFreiheit ). Wenn man allerdings versucht, die Quarks zu trennen, stelltman fest, dass die Kraft, die sie zusammenhä lt, mit steigendem Abstandsehr groß wird und einem festen Wert zustrebt. Einer vom Abstandunabhä ngigen, konstanten Kraft liegt ein Potenzial zugrunde, das linearmit dem Abstand ansteigt. Die Energie E, die zur Trennung der Quarks nö tigist, steigt mit grö ß er werdendem Abstand r dementsprechend zuerst"langsam", dann annä hernd linear an (in etwa nach E = kr, d.h. proportionalzum Abstand r; k = const.). Bereits bei Abstä nden ab wenigen fm istdie nö tige Energie so groß, dass sich neue Quark-Antiquark-Paarebilden und sich mit den Quarks, die man versuchtzu trennen, zu neuen Hadronen zusammenschließ en ( Confinement ). Wenn man diesem Verlauf ein Potenzial zugrunde legt, hä tte es (grobvereinfacht) den rechts oben abgebildeten Verlauf. Bei kleinen Abstä nden(< 1 fm) fü hrt der 1-Gluon-Austausch zwischen den Quarks zu einemPotenzialverlauf, wie bei der elektromagnetischen Wechselwirkung ( ~- 1/r; durchgezogeneLinie, schwarz). Je nä her der Abstand der Grö ß enordnung1 fm kommt, desto mehr weicht der Verlauf vom -1/r-Potenzial ab und gehtin einen linearen Verlauf (gestrichelt) ü ber. Der rote Pfeil kennzeichnetin etwa die Stelle, an der die Energie so groß ist, dass sich neueQuark-Antiquark-Paare bilden (Grö ß enordnung fm). Wü rdedies nicht geschehen, kann man vermuten, dass der lineare Anstieg des Potenzialsweitergeht. Leider wird man das nie ü berprü fen kö nnen, dadas Confinement eine unü berwindliche Hü rde zu sein scheint. Insofern ist es zwar theoretisch richtig, der starkenWechselwirkung eine unendliche Reichweitezuzuschreiben, praktisch aber sinnlos, da sie fü r Abstä nde deutlichgrö ß er als der Protonendurchmesser (etwa 1 fm) keine Wirkungmehr zeigt. Aus diesem Grund gilt die starke Wechselwirkung als kurzreichweitig .Ihre Reichweite wird ü blicherweise mit 1 fm, also 1 . 10 -15 m angegeben. In obiger Grafik ist neben dem Potenzial der starken Wechselwirkungzwischen Quarks auch der Verlauf des Kernpotenzials ( rot ) skizziert. DerVerlauf des Kernpotenzials bestimmt die Energieniveaus der Nukleonen bzw.die Energie, die notwendig ist, Nukleonen vom Kern zu trennen. Man beachte, dass die vertikale Energieskala fü r die beiden Potenziale (roter und schwarzer Graph) unterschiedlich ist. Die Bestimmung des genauen Potenzialverlaufs der starkenWechselwirkung kann experimentell geschehen. Eine Mö glichkeit hierzubieten die Termschemata. Die Quantenmechanikerlaubt, bei bekanntem Potenzial die zugehö rigen Energieniveaus einesgebundenen Systems zu berechnen. Umgekehrt lassen sich auch aus dem Wissenü ber viele Energieniveaus eines gebundenen Systems Rü ckschlü sseauf den zugehö rigen Potenzialverlauf ziehen. Auf diese Weise wurdendie Verlä ufe verschiedener gebundener Systeme aus Quarks (Mesonenund Baryonen), wie z.B. die des Y -Mesons(Charmonium) untersucht. (siehe dazu  und  )