Teilchenphysik

Kern-/Teilchenphysik

Teilchenphysik

  • Was ist der Unterschied zwischen Teilchen …
  • … und ihren Antiteilchen?
  • Welche fundamentalen Wechselwirkungen kennen wir?
  • Wie sieht das Standardmodell der Elementarteilchen aus?
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Von DEMOKRIT zu GELL-MANN

Der griechische Philosoph DEMOKRIT (460-371 v.Chr.) formulierte vor über 2000 Jahren die Atomhypothese: Die Materie besteht aus kleinsten (unteilbaren) Einheiten (Atomen); zwischen ihnen ist leerer Raum. Die Vielfalt in der Natur entsteht durch die Kombination der verschiedenen Arten von Atomen.

Der englischer Chemiker und Physiker John DALTON (1766 - 1844) begründete die moderne Atomtheorie. Er begründete, dass chemische Elemente nicht bis ins Unendliche teilbar sind, sondern aus chemisch nicht weiter zerlegbaren Atomen bestehen. Atome desselben Elements sind untereinander chemisch gleich, gleich groß und haben gleiche Masse. Atome verschiedener Elemente sind voneinader verschieden.

Die Größe der Atome wurde etwa um das Jahr 1860 zu etwa 10-10m bestimmt. Pioniere der Atomtheorie und der damit verbundenen kinetischen Gastheorie waren CLAUSIUS, MAXWELL und vor allem Ludwig BOLTZMANN (1844 - 1906). Er stieß damals auf großen Unglauben und wurde stark angegriffen - heute, wo wir einzelne Atome sichtbar machen und auf Siliziumoberflächen verschieben können, erscheint dies unverständlich.

Ernest RUTHERFORD (1871 - 1937) untersuchte mit seinen Assistenten systematisch den Atomaufbau und entdeckte, dass der Atomkern etwa 10-14m groß, als 10000 mal kleiner als das Atom ist. Das Atom, und damit die Materie, ist also im wesentlichen leerer Raum. Diese Entdeckung des Atomkerns markierte den Beginn der Kernphysik. Man erkannte bald, dass der Kern aus Protonen und Neutronen besteht und von Elektronen umgeben mit diesen das Atom bildet. Protonen, Neutronen und Elektronen waren nun die kleinsten Bausteine der Materie.

Robert HOFSTADTER (1915 - 1990) untersuchte am Stanford-Linearbeschleuniger den inneren Aufbau von Protonen und Neutronen, insbesondere deren Radien, sowie deren Masse und Ladungsverteilung. Seit seinen Versuchen kennt man den Radius von Proton und Neutron mit etwa 10-15m und wusste, dass beide eine Feinstruktur besitzen.

Murray GELL-MANN (* 1929) erstellte die theoretische Grundlage zum Aufbau der vielen kurz- und langlebigen Teilchen, die beim Beschuss mit hochenergetischen Teilchen gefunden wurden und "erfand" die Quarks (1964). Die Bestätigung erfolgte insbesondere durch die von J.I.FRIEDMAN, H.W.KENDALL und R.E.TAYLOR durchgeführten Streuexperimente von Elektronen an Protonen.

Weitere Informationen zur Geschichte der Teilchenphysik findest du bei Dr. German Hacker (ehemals Uni Erlangen) , bei Desy - Teilchenphysik für alle und beim CERN (Download) , das einen kleinen Film anbietet, der zeigt, wie man zum heutigen Bild der Struktur der Materie gelangte.

Abbildungen auf dieser Seite:

DEMOKRIT: [Public domain], via Wikimedia Commons
DALTON: von C. H. Geens (1827-1879). Scanned, image processed and uploaded by Kuebi = Armin Kübelbeck [Public domain], via Wikimedia Commons
BOLTZMANN: von Unbekannt [Public domain], via Wikimedia Commons
RUTHERFORD: von Unbekannt [Public domain], via Wikimedia Commons
GELL-MANN: von Joi [GFDL, CC-BY-SA-3.0 oder CC-BY-2.5], via Wikimedia Commons

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