Elementạrteilchen

ursprünglich Bezeichnung für die drei Bausteine der Atome: Elektronen sowie Protonen und Neutronen (die beide den Atomkern aufbauen). Nach der Entdeckung weiterer Teilchen, die auf gleicher Stufe stehen, Bezeichnung für alle Teilchen, die nach dem heutigen Stand der Forschung als nicht weiter teilbar angesehen werden. Charakteristische Zahlenangaben für ein Elementarteilchen sind u. a. elektrische Ladung (0 oder eine positive bzw. negative Elementarladung) und Masse (meist in Vielfachen der Elektronenmasse angegeben); Spin, Isospin, Strangeness.

Die meisten Elementarteilchen sind nicht stabil und gehen nach einer charakteristischen Lebensdauer in andere Elementarteilchen über. Grundsätzlich gilt, dass alle Elementarteilchen entweder ineinander umgewandelt oder aus Energie erzeugt werden können. Die Elementarteilchen teilt man in 3 Klassen ein:

1. masselose Eichbosonen (Photonen, Gluonen, Gravitonen),

2. Leptonen (Elektronen, Neutrinos, Myonen),

3. Hadronen (Mesonen [Pionen, Kaonen u. a.], Baryonen [Nukleonen, Hyperonen]). Hierzu zählen auch noch die zugehörigen Antiteilchen.

Bei Zusammenstößen zwischen Elementarteilchen treten mannigfaltige Reaktionen auf, z. B. können weitere Elementarteilchen erzeugt werden, wobei kinetische Energie in Masse umgewandelt wird. Die Kopplung von Elementarteilchen über Felder nennt man Wechselwirkung. Man unterscheidet im wesentlichen vier Arten von Wechselwirkung: 1. starke Wechselwirkungen, sie sind mit den Kernkräften verknüpft; – 2. elektromagnetische Wechselwirkungen, sie wirken zwischen elektrischen Ladungen; – 3. schwache Wechselwirkungen, sie treten beim Betazerfall von Atomkernen auf; – 4. Schwerkraft-Wechselwirkungen, sie beruhen auf dem Gravitationsgesetz.

Im Einzelnen gilt: Photonen wechselwirken elektromagnetisch, Leptonen wechselwirken elektromagnetisch und schwach, Hadronen wechselwirken stark, elektromagnetisch und schwach. Außerdem zeigen alle Elementarteilchen eine Schwerkraft-Wechselwirkung. Die Untersuchung der Wechselwirkungskräfte zwischen Elementarteilchen ist noch nicht abgeschlossen. Auch zeigte sich (in den Versuchen von R. Hofstadter), dass Elementarteilchen eine innere Struktur besitzen. Die Vielzahl der Elementarteilchen und die vielen beobachteten Reaktionen geben ein kompliziertes Bild. Man nimmt heute an, dass sich diese Mannigfaltigkeit aus sechs fundamentalen Teilchen, den Quarks, ableiten lässt, die sich experimentell nicht als freie Teilchen nachweisen lassen, da sie durch extrem starke Kraft zu Elementarteilchen gebunden sind. Die Physik der Elementarteilchen ist gleichbedeutend mit der Hochenergiephysik.