Techniklexikon

K-Mesonen

Kaonen, pseudoskalare Mesonen mit Spin 0 und Strangeness-Quantenzahl +1 oder -1. Das System der neutralen K-Mesonen gehört zu den interessantesten und wichtigsten Forschungsgebieten in der Elementarteilchenphysik, insbesondere wegen seiner Bedeutung für die Erforschung der beobachteten CP-Verletzung in der Natur. Die neutralen K-Mesonen können als quantenmechanisches Zwei-Zustands-System aufgefasst werden. Sie werden gewöhnlich als Eigenzustände zu verschiedenen Operatoren dargestellt:

-              Eigenzustände zu Strangeness: | K⁰ñ,  mit CP | K⁰ñ = .

-              Eigenzustände zu CP: ,  mit  und CP | K.

-              Physikalische Eigenzustände (Masseneigenzustände) , .

Die Zustände  und  werden über die Strangeness-erhaltende starke Wechselwirkung produziert. Die schwache Wechselwirkung erhält die Strangeness nicht, wodurch  und  miteinander mischen. Die physikalischen Zustände, die einem exponentiellen Zerfallsgesetz genügen und wohldefinierte Massen und Lebensdauern haben, sind lineare Superpositionen von  und . Genähert gilt:

Der e-Parameter beschreibt die indirekte CP-Verletzung im System der K-Mesonen. Aus Messungen wurde er zu e = 2,3 × 10^-3 bestimmt. Doch es blieb offen, ob die Asymmetrie im Rahmen des Standardmodells, also mit der schwachen Wechselwirkung, erklärt werden kann oder das Postulat einer superschwachen Wechselwirkung verlangt. Die direkte CP-Verletzung hingegen unterscheidet zwischen beiden Wechselwirkungen, da sie von der superschwachen Kraft nicht vorhergesagt wird. Sowohl ein Experiment am CERN (1988) wie auch seine Bestätigung am Fermilab (1999) konnten die direkte CP-Verletzung nachweisen.