Farbladung

Die Farbladung, kurz auch Farbe, eines Teilchens ist in der Elementarteilchenphysik eine Größe, die in der Quantenchromodynamik beschreibt, wie sich das Teilchen unter der starken Wechselwirkung verhält. Alle stark wechselwirkenden Teilchen haben Farbe; diese sind im Standardmodell der Teilchenphysik die Quarks und die Gluonen. Alle anderen Elementarteilchen sind farblos. Physikalisch gesprochen befinden sich die Quarks und Gluonen in einer nichttrivialen Darstellung der Symmetriegruppe der Quantenchromodynamik, die anderen Elementarteilchen in der trivialen. Das Konzept wurde 1964 von Oscar Wallace Greenberg^[1] sowie unabhängig davon 1965 von Moo-Young Han und Yoichiro Nambu^[2] vorgeschlagen.

Die Bezeichnung als Farbe ist ebenso irreführend wie die Bezeichnung als Ladung: Weder entspricht die Farbe der Quantenchromodynamik der optischen Farbe eines makroskopischen Objekts, noch ist die Farbladung die Ladung der starken Wechselwirkung. Stattdessen kann Farbe am ehesten in Analogie zum Spin eines Teilchens aufgefasst werden, bei dem ein klassisches Teilchen in der Quantenmechanik als zweikomponentige Wellenfunktion dargestellt wird: In der Beschreibung durch die Quantenchromodynamik hat die Wellenfunktion eines Quarks drei Komponenten, die mit den drei Grundfarben rot, grün und blau bezeichnet werden, die Farben eines Antiquarks entsprechen den drei Antifarben (Sekundärfarben) antirot (cyan), antigrün (magenta) und antiblau (gelb). Gluonen bestehen aus einer Kombination von Farben und Antifarben und werden durch Matrizen im Farbraum beschrieben.

Zu der Bezeichnung dieser Eigenschaft als „Farbe“ schreibt der Physik-Nobelpreisträger Richard P. Feynman:

„The idiot physicists, unable to come up with any wonderful Greek words anymore, call this type of polarization by the unfortunate name of ‚color,‘ [sic!] which has nothing to do with the color in the normal sense.“

„Diese Physiker-Idioten, unfähig sich irgendwelche wundervollen griechischen Wörter auszudenken, bezeichnen diese Art der Polarisation mit dem unglücklichen Begriff ‚Farbe,‘ [sic!] der nichts mit der Farbe im üblichen Sinn zu tun hat.“

– Richard P. Feynman: QED: The Strange Theory of Light and Matter^[3]

Die Analogie zwischen optischer Farbe und quantenchromodynamischer Farbe ist folgende: Ebenso wie sich die drei optischen Grundfarben zu weiß addieren, besitzt ein Objekt, das aus Farbe und zugehöriger Antifarbe, aus drei Farben oder aus drei Antifarben zusammengesetzt ist, keine starke Ladung.

↑ Oscar W. Greenberg: Spin and Unitary-Spin Independence in a Paraquark Model of Baryons and Mesons. In: Physical Review Letters. Band 13, Nr. 20, 1964, S. 598–602 (englisch).
↑ Moo-Young Han und Yoichiro Nambu: Three-Triplet Model with Double SU(3) Symmetry. In: Physical Review. Band 139, 4B, 1965, S. B 1006–B 1010 (englisch).
↑ Richard P. Feynman: QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press, Princeton Oxford 2006, ISBN 978-0-691-12575-6.

[1] Oscar W. Greenberg: Spin and Unitary-Spin Independence in a Paraquark Model of Baryons and Mesons. In: Physical Review Letters. Band 13, Nr. 20, 1964, S. 598–602 (englisch).

[2] Moo-Young Han und Yoichiro Nambu: Three-Triplet Model with Double SU(3) Symmetry. In: Physical Review. Band 139, 4B, 1965, S. B 1006–B 1010 (englisch).

[3] Richard P. Feynman: QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press, Princeton Oxford 2006, ISBN 978-0-691-12575-6.

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