Elementarteilchen

Auf dieser Seite möchte ich Quereinstieg in das Thema Elementarteilchen bieten und einen zusätzlichen Überblick geben. Weitere Informationen gibt es in meinem Webprojekt www.quantenwelt.de, das sich mit vielen weiteren Themen der Physik befasst.

Bosonen und Fermionen

In der Physik sind wir bestrebt, die komplizierten Vorgänge in der Welt auf möglichst einfache Grundstrukturen zurückzuführen. Die Erkenntnisse der Quantenmechanik haben ergeben, dass sowohl die Materie als auch die Kräfte auf Objekte zurückführbar sind, die Elementarteilchen genannt werden. Diese Objekte haben stets sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften.

Materieteilchen (Fermionen)

Die Materie ist aus Teilchen aufgebaut, die die Eigenschaft haben, nicht gemeinsam im selben Zustand sein zu können (Pauli-Prinzip). Dieser Umstand verleiht der Materie die Festigkeit, die wir von ihr gewohnt sind. Materieteilchen heißen Fermionen.

Es gibt zwei Arten von Fermionen, die Leptonen und die Quarks. Von diesen gibt es weiter je zwei Ladungszustände, einfach negativ und neutral für Leptonen und ein Drittel negativ und zwei Drittel positiv für Quarks.

Materieteilchen kommen in drei Gruppen vor, von denen die höheren Gruppen immer schwerer werden, sonst aber die gleichen Eigenschaften haben. Warum es genau drei Gruppen gibt weiß man nicht. Es ist außerdem so, dass "normale" Materie nur aus Teilchen der ersten Gruppe bestehen. Die Teilchen der höheren Gruppen sind nicht stabil. Sie können erzeugt werden, zerfallen dann aber wieder in Teilchen der ersten Gruppe. Die folgende Tabelle zeigt die Fermionen im Überblick.

Die hier aufgeführten Quarks kommen niemals frei vor. Ein Atom bildet sich aus einem Kern aus Hadronen und einer Hülle aus Elektronen. Die Hadronen des Kerns sind aus den Quarks der ersten Gruppe aufgebaut. Diese sind das einfach positiv geladene Proton und das neutrale Neutron. Das letzte Teilchen der ersten Gruppe, das Elektronen-Neutrino, kommt in Materie deshalb nicht vor, weil es kaum mit den übrigen Teilchen interagiert und daher die Materie leicht verlässt.

Kraftfelder und Teilchen (Bosonen)

Die zweite Kategorie von Teilchen sind die Bosonen. Diese kann man sich als Quantisierungen von Kraftfeldern vorstellen. Jede bekannte Kraft bildet eine Form von Bosonen. Die elektrische und magnetische Kraft wird durch das Photon vermittelt. Für Gravitation oder Schwerkraft wird das Graviton verantwortlich gemacht, dass jedoch bisher nicht beobachtet wurde.

Im Atomkern gibt es zwei weitere Wechselwirkungen (Kernkräfte). Die stärkere hiervon hält den Atomkern zusammen, heißt starke Wechselwirkung und wird durch Gluonen vermittelt. Die schwächere schwache Wechselwirkung verursacht den Zerfall der Teilchen höherer Gruppen und wird durch w- und z- Bosonen übertragen.

Letzte Änderung: 09.08.2006