Kern-/Teilchenphysik

Teilchenphysik

Das Prinzip der Vereinfachung

  • Was ist der Unterschied zwischen Teilchen …
  • … und ihren Antiteilchen?
  • Welche fundamentalen Wechselwirkungen kennen wir?
  • Wie sieht das Standardmodell der Elementarteilchen aus?

Das Prinzip der Vereinfachung

Ein Ziel der modernen Physik ist eine einheitliche Theorie zur Beschreibung aller Phänomene in der Welt zu finden. Tatsächlich kann man bereits heute verschiedene Dinge innerhalb einer gemeinsamen Theorie beschreiben.

Ein Beispiel für die Vereinfachung physikalischer Theorien ist die Gravitationstheorie. Beschrieben früher die Fallgesetze von Galileo GALILEI die Bewegungen auf der Erde und die KEPLERschen Gesetze die Planetenbahnen in unserem Sonnensystem, so formulierte Sir Isaac NEWTON 1686 eine Theorie der Gravitation, die sowohl die Schwerkraft auf der Erde als auch die Bewegung der Planeten im Sonnensystem beschreibt. NEWTON erkannte, dass die Bewegungen auf der Erde und im Sonnensystem derselben Kraft unterliegen: Planeten und z.B. Äpfel unterliegen beide der Gravitationskraft.

Einen weiteren wichtigen Schritt zur Vereinfachung vollzog James Clerk MAXWELL im Jahr 1864. MAXWELL veröffentlichte eine Theorie, die zwei scheinbar völlig unterschiedliche Phänomene, den Magnetismus und die Elektrizität, gemeinsam innerhalb eines Modells beschreibt. Die Theorie des Elektromagnetismus baut auf den Arbeiten von Christian OERSTEDT und Michael FARADAY auf und ist ein wichtiges Beispiel dafür, wie durch jahrelange Forschung Theorien vereint werden können und damit die Anzahl an notwendigen Gesetzen und Annahmen abnimmt.

In den Jahren zwischen 1961 und 1967 gelang die Vereinheitlichung von zwei weiteren Theorien: Die Theorie der elektromagnetischen Wechselwirkung und die Theorie der schwachen Wechselwirkung konnten in einer gemeinsamen Theorie der "Elektroschwachen Wechselwirkung" beschrieben werden. Für wesentliche Beiträge zu dieser Theorie erhielten Abdus SALAM, Sheldon GLASHOW und Steven WEINBERG 1979 den Physiknobelpreis. (Den Begriff Wechselwirkung kannst du zunächst mit "Kraft" übersetzen, im nächsten Abschnitt wird der Begriff genau erklärt.)

Ein großes Ziel der Teilchenphysiker ist es im Moment, eine "große vereinheitlichte Theorie" zu finden und damit alle Phänomene außer der Gravitation in einer gemeinsamen Theorie zu beschrieben. Eine Weltformel würde dann auch noch die Gravitation einschließen, alle Phänomene im Universum könnten dann mit einer einzigen Theorie ("Theory of everything") beschrieben werden. Mit dieser Forschung begibt man sich zurück in der Geschichte des Universums, denn man nimmt an, dass zum Zeitpunkt des Urknalls alle Kräfte unter einer einzigen vereint waren.

Der Erfolg der Forschung und Vereinfachung in den vergangenen Jahren und Ziele für die nahe Zukunft lassen sich aus der folgenden Abbildung ablesen.

Zeitleiste des wissenschaftlichen Fortschritts in der Physik unter dem Prinzip der Vereinfachung. Das Standardmodell der Teilchenphysik bildet unseren heutigen Erkenntnisstand ab.
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