Farbladung

In der Teilchenphysik ist die Farbladung eine Bezeichnung für jene physikalische Eigenschaft der Elementarteilchen Quarks und Gluonen, welche charakteristisch für die Starke Wechselwirkung ist. Zu dieser starken Kraft (Farbkraft) gibt es drei verschiedene Ladungen, die sich zusammen zur Ladung Null addieren. In Analogie zur additiven Farbmischung nennt man sie rot, grün und blau, die Farbladungen der zugehörigen Antiteilchen antirot, antigrün und antiblau.

Zu beachten ist, dass die Farben der Farbladung nichts mit den optischen Farben von Objekten zu tun haben; die Bezeichnung „Farbe“ sowie die Verwendung der Farbnamen für die Ladungen sind stattdessen nur als reine Analogien zu verstehen, um die Kombination dreier qualitativ verschiedener Werte zu einem neutralen auszudrücken. Das Konzept wurde 1964 von Oscar Wallace Greenberg, Moo-Young Han (* 1934) und Yoichiro Nambu (* 1921) vorgeschlagen.

Confinement und weiße Teilchen

Das Phänomen des Confinements (engl. Einsperrung, Einschließung) besagt, dass Teilchen mit Farbladung nie einzeln auftreten können, sondern stets in insgesamt weißen (farbneutralen) Teilchen gebunden sein müssen.

Ein weißes Teilchen kann dabei gebildet werden:

• durch Kombination der drei Farben,
• durch Kombination der drei Antifarben oder
• durch Kombination einer Farbe mit ihrer Antifarbe.

Alle drei Möglichkeiten treten tatsächlich auf.

Grund für das Confinement ist, dass – anders als beim elektromagnetischen Feld – nicht nur die Quarks als auf die starke Kraft reagierende Elementarteilchen, sondern auch die Gluonen als erzeugende Feldquanten der starken Wechselwirkung eine Farbladung tragen und sich gegenseitig anziehen, während die Feldquanten der elektromagnetischen Wechselwirkung, die Photonen, ungeladen sind. Dadurch wird die Energie, die man bräuchte, um Teilchen mit Farbladung voneinander zu trennen, so groß, dass sie zur Erzeugung von Teilchen-Antiteilchen-Paaren ausreichen würde. Diese würden die Einzelteile insgesamt wieder zu farbneutralen Objekten ergänzen. Aus diesem Grund wird man einzelne Quarks oder Gluonen nie direkt beobachten können.

Das Confinement ist auch der Grund, warum die starke Kraft so kurzreichweitig ist, obwohl die Gluonen wie die Photonen masselos sind.