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2025-04-03T22:13:50Z

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{{Dieser Artikel|erläutert die Eigenschaft von Elementarteilchen. Für weitere Bedeutungen siehe [[Flavor]].}}
'''Flavour''' oder '''Flavor''' (engl. für ''[[Aroma]]'' oder ''Geschmack'') ist eine der [[Quantenzahl]]en von [[Elementarteilchen]] ([[Quark (Physik)|Quarks]] und [[Lepton]]en) im Zusammenhang mit der [[Schwache Wechselwirkung|schwachen Wechselwirkung]]. In der Theorie der [[Elektroschwache Wechselwirkung|elektroschwachen Wechselwirkung]] ist Flavour keine [[Erhaltungsgröße|Erhaltungszahl]], und es existieren flavourändernde Prozesse. In der [[Quantenchromodynamik]] dagegen ist es eine globale [[Symmetrie (Physik)|Symmetrie]], und Flavour bleibt bei allen Prozessen, die nur der [[starke Wechselwirkung|starken Wechselwirkung]] unterliegen, erhalten.

Die Flavour-Quantenzahlen der Quarks werden nach den jeweiligen Quarks als [[Isospin]] (für Up- und Down-Quarks), '''[[Charm (Physik)|Charm]]''', '''[[Strangeness]]''', '''[[Topness]]''' (auch ''Truth'') und '''[[Bottomness]]''' (auch ''Beauty'') bezeichnet.

Die Bezeichnung ''flavour'' wurde erstmals 1968 im Zusammenhang mit dem Quark-Modell der [[Hadron]]en verwendet. Der Name soll von [[Murray Gell-Mann]] und [[Harald Fritzsch]] erfunden worden sein, als sie auf dem Weg zum Mittagessen an einer Eisdiele ([[Baskin-Robbins]]) vorbeigingen, welche 31 verschiedene Geschmackssorten anbot.

== Quark-Flavours ==
Es gibt insgesamt sechs verschiedene Quark-Flavours (je zwei pro [[Generation (Teilchenphysik)|Generation]]):

{| class="wikitable" border="1" style="text-align:center;"
! rowspan="2" | Name !! rowspan="2" | Sym- bol !! rowspan="2" | <abbr title="+1 für Baryonen, +1/3 für Quarks, 0 für Leptonen und Mesonen, −1/3 für Antiquarks und −1 für Antibaryonen">Baryonen- zahl</abbr> <math>B</math> || rowspan="2" | <abbr title="Elektrische Ladung in Elementarladungen e">Ladung</abbr> <math>Q</math> !! colspan="5" | Flavour-Quantenzahlen !! rowspan="2" | Hyper- ladung <math>Y</math>
|-
! <math>I_3</math> || <math>C</math> || <math>S</math> || <math>T</math> || <math>B'</math>
|-
| [[Up-Quark|Up]] || u || +1/3 || +2/3 || +1/2 || 0 || 0 || 0 || 0 || +1/3
|-
| [[Down-Quark|Down]] || d || +1/3 || −1/3 || −1/2 || 0 || 0 || 0 || 0 || +1/3
|-
| [[Charm-Quark|Charm]] || c || +1/3 || +2/3 || 0 || +1 || 0 || 0 || 0 || +4/3
|-
| [[Strange-Quark|Strange]] || s || +1/3 || −1/3 || 0 || 0 || −1 || 0 || 0 || −2/3
|-
| [[Top-Quark|Top]] (auch ''Truth'') || t || +1/3 || +2/3 || 0 || 0 || 0 || +1 || 0 || +4/3
|-
| [[Bottom-Quark|Bottom]] (auch ''Beauty'') || b || +1/3 || −1/3 || 0 || 0 || 0 || 0 || −1 || −2/3
|}

Hier ist <math>B</math> die [[Baryonenzahl]], <math>Q</math> die [[elektrische Ladung]] (in Einheiten von [[Elementarladung|e]]), <math>I_3</math> oder auch <math>I_z</math> die dritte Komponente des Isospins, <math>S</math> die Strangeness, <math>C</math> der Charm, <math>B'</math> die Bottomness (der Apostroph in <math>B'</math> dient zur Unterscheidung von der Baryonenzahl <math>B</math>), <math>T</math> die Topness und <math>Y</math> die [[Hyperladung]].

Dabei sind die Flavour-Quantenzahlen über die [[Anzahl]]en der jeweiligen Quarks definiert:
:<math>
\begin{array}{ccl}
I_3 & = & \big((n_u - n_{\bar u}) - (n_d - n_{\bar d})\big) / 2 \\
C & = & n_c - n_{\overline{c}} \\
S & = & n_{\overline{s}} - n_s \\
T & = & n_t - n_{\overline{t}} \\
B' & = & n_{\overline{b}} - n_b \\
\end{array}
</math>

Die [[Vorzeichenkonvention]] ist dabei so gewählt, dass für Quarks vom Up-Typ (u, c, t) die jeweilige Flavour-Quantenzahl positiv ist, hingegen für Quarks vom Down-Typ (d, s, b) negativ. Für die Antiquarks ist das Vorzeichen immer gerade andersherum als für das jeweilige Quark, für alle anderen Elementarteilchen ist das jeweilige Flavour 0.

[[Hadron]]en erhalten ihren Flavour von den [[Valenzquark]]s, dies ist die Grundlage des [[Eightfold Way]] und des Quark-Modells.

Für Hadronen und Quarks gilt die [[Gell-Mann-Nishijima-Formel]]

:<math>Q = I_3 + \frac{Y}{2}\ \ \mathrm{mit}\ \ Y = B + S + C + B' + T </math>.

=== Geschichte ===
Gewöhnliche Materie, die aus Protonen und Neutronen besteht, wird durch den Isospin, bzw. die beiden Quark-Flavours ''Up'' (u) und ''Down'' (d) beschrieben. [[Seltsame Materie]] machte später die Einführung des s-Quarks und der ihm entsprechenden Quantenzahl Strangeness nötig. Entsprechend der Isospin-Symmetrie vermuteten 1964 [[James Bjorken]] und [[Sheldon Glashow]], dass es als Partner zur Strangeness eine weitere Quantenzahl geben müsse, die sie ''Charm'' nannten<ref>{{Literatur | Autor=B. J. Bjørken, S. L. Glashow | Titel=Elementary Particles and SU(4) | Sammelwerk=Phys. Lett. | Band=11 | Nummer=3 | Datum=1964 | Seiten=255-257 | DOI=10.1016/0031-9163(64)90433-0}}</ref>. Das von ihnen postulierte Orthocharmonium (analog dem [[Orthopositronium]]) wurde 1974 beim [[Brookhaven National Laboratory|BNL]] als ''J'' und beim [[SLAC]] unter dem Namen ''ψ'' entdeckt ([[J/ψ-Meson]]).

== Lepton-Flavours ==
[[Lepton]]en treten ebenfalls in sechs Flavours (je zwei pro Leptonenfamilie) auf:

{| class="wikitable" border="1" style="text-align:center;"
! rowspan="2" | Name !! rowspan="2" | Sym- bol !! rowspan="2" | <abbr title="+1 für Baryonen, +1/3 für Quarks, 0 für Leptonen und Mesonen, −1/3 für Antiquarks und −1 für Antibaryonen">Baryonen- zahl</abbr> <math>B</math> !! rowspan="2" | <abbr title="Elektrische Ladung in Elementarladungen e">Ladung</abbr> <math>Q</math> !! colspan="3" | Flavour-Quantenzahlen
|-
! <math>L_{e}</math> || <math>L_{\mu}</math> || <math>L_{\tau}</math>
|-
| [[Elektron]] || <math>e</math> || 0 || −1 || +1 || 0 || 0
|-
| [[Neutrino|Elektron-Neutrino]] || <math>\nu_\mathrm e</math> || 0 || 0 || +1 || 0 || 0
|-
| [[Myon]] || <math>\mu</math> || 0 || −1 || 0 || +1 || 0
|-
| [[Neutrino|Myon-Neutrino]] || <math>\nu_\mu</math> || 0 || 0 || 0 || +1 || 0
|-
| [[τ-Lepton|Tau]] || <math>\tau</math> || 0 || −1 || 0 || 0 || +1
|-
| [[Neutrino|Tau-Neutrino]] || <math>\nu_\tau</math> || 0 || 0 || 0 || 0 || +1
|}

<math>L_f</math> ist hier die jeweilige Leptonenfamilienzahl für die Familien <math>f = e</math>, <math>\mu</math> und <math>\tau</math>. Ihre Summe ergibt die [[Leptonenzahl]] <math>L = L_\mathrm e + L_\mu + L_\tau</math>.

[[Antiteilchen]] haben gegenüber den korrespondierenden Teilchen entgegengesetzte Quantenzahlen. So hat zum Beispiel das [[Positron]] (das Anti-Elektron) die Quantenzahlen <math>L_\mathrm e=-1</math> und <math>Q=+1</math>.

== Generationen ==
Wenn man (Quark-)Generationen und (Leptonen-)Familien als prinzipiell gleichwertig betrachtet, dann lassen sich auch die Leptonen in ungeladene ([[Neutrino]]s) und elektrisch geladene Leptonen einteilen. Zusammengefasst sind diese drei ''Familien'' oder [[Generation (Teilchenphysik)|Generationen]] mit je zwei Arten von [[Teilchen]]:

{| class="wikitable" style="text-align:center;"
|-
!   !!   !! Ladung <math>Q</math> !!  !! colspan="3" | Drei Generationen
|-
| Quarks || <math>B=1/3</math> || <math>\left(\begin{array}{c} +\frac{2}{3} \\ -\frac{1}{3} \end{array}\right)</math> || up-artig down-artig || <math>\left(\begin{array}{c} u \\ d \end{array}\right)</math> || <math>\left(\begin{array}{c} c \\ s \end{array}\right)</math> || <math>\left(\begin{array}{c} t \\ b \end{array}\right)</math>
|-
| Leptonen || <math>L=1</math> || <math>\left(\begin{array}{c} 0 \\ -1 \end{array}\right)</math> || Neutrinos geladene Leptonen || <math> \left(\begin{array}{c} \nu_e \\ e^- \end{array}\right)</math> || <math>\left(\begin{array}{c} \nu_\mu \\ \mu^- \end{array}\right)</math> ||
<math>\left(\begin{array}{c} \nu_\tau \\ \tau^- \end{array}\right)</math>
|}

Um [[chirale Anomalie]]n zu verhindern, muss die Anzahl der Familien von Quarks und Leptonen übereinstimmen.

Ein [[Fermion]] des jeweiligen Flavours ist ein [[Eigenwertproblem|Eigenzustand]] des schwach wechselwirkenden Teils des [[Hamilton-Operator]]s: Jedes Teilchen wechselwirkt in charakteristischer Weise mit den Vektorbosonen [[W-Boson|W±]] und [[Z-Boson|Z0]]. Andererseits ist ein Fermion mit bestimmter Masse (d. h. ein Eigenzustand des [[Kinematik|kinematischen]] Teils des Hamilton-Operators) eine Überlagerung verschiedener Flavour-Zustände. Daraus folgt, dass sich der Flavour-Zustand eines Teilchens ändern kann, während es sich frei bewegt. Die Transformation von der Flavour-Basis zur Massen-Basis erfolgt bei Quarks durch die [[CKM-Matrix|Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix]] (CKM-Matrix). Für [[Lepton]]en existiert analog die [[Neutrinooszillation#MNS-Matrix|Maki-Nakagawa-Sakata-Matrix]] (MNS-Matrix).

Ab drei Familien erlaubt die CKM-Matrix eine Verletzung der [[CP-Verletzung|CP-Invarianz]].


== Erhaltungsgrößen ==

Absolut erhalten bleiben z. B.:
* die elektrische Ladung <math>Q</math>
* die Differenz von [[Baryonenzahl]] und [[Leptonenzahl]]: [[B − L|<math>B - L</math>]] (eine von der [[Schwache Hyperladung|Schwachen Hyperladung]] verschiedene <math>U(1)</math>-Symmetrie)

Unter der starken Wechselwirkung bleiben alle Flavour-Quantenzahlen erhalten.

== Siehe auch ==
* [[Standardmodell der Teilchenphysik]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Teilchenphysik]]
[[Kategorie:Quantenfeldtheorie]]

Flavour - Versionsgeschichte

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