Kern-/Teilchenphysik

Teilchenphysik

Kurzer Überblick: Was ist Teilchenphysik?

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

Kurzer Überblick: Was ist Teilchenphysik?

Ein Foto vom Aufbau des ATLAS Detektors, der größten und kompliziertesten Maschine, die je von Menschen gebaut wurde. Das Ziel von ATLAS: Teilchenkollisionen am CERN aufzeichnen und damit die fundamentalen Fragen der Menschheit beantworten. © 2005 CERN

Die Teilchenphysik ist ein relativ junger Bereich der modernen Physik und beschäftigt sich mit den elementaren Bausteinen der Materie und damit, wie diese sogenannten "Elementarteilchen" miteinander wechselwirken. Als Elementarteilchen bezeichnet die Teilchenphysik diejenigen Bausteine der Materie, die nach gegenwärtigem Erkenntnisstand nicht aus anderen Teilchen bestehen. Im Rahmen der Forschung in der Teilchenphysik versuchen Wissenschaftler durch extrem aufwändige Experimente  fundamentale Fragen der Menschheit zu beantworten, zum Beispiel: „Wie ist unser Universum und alle Materie darin entstanden und wie wird es sich weiter entwickeln?" Am Forschungszentrum CERN in der Schweiz arbeiten Teilchenphysiker in großen Teams aus mehreren tausend Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zusammen. Beim ATLAS-Experiment wird ein 46 Meter langer und 25 Meter hoher Teilchendetektor genutzt (siehe Bild rechts). Einen Einblick in die Entwicklung des Universums und die offenen Fragen der Teilchenphysik bietet das folgende Video.

Was sind Elementarteilchen? Als Elementarteilchen werden alle Bestandteile des Universums bezeichnet, bei denen davon auszugehen ist, dass sie nicht wei­ter teilbar sind. Elementarteilchen besitzen keine Struktur oder Form – zumindest keine, die sich mit heutigen Messinstrumenten messen ließe. In vielen Modellen und Abbildungen werden Elementarteilchen zugunsten der Anschaulichkeit dennoch als kleine farbige Kügelchen dargestellt. Nach heutigem Kenntnisstand ist zum Beispiel das Elektron ein elementares Teilchen. Die Bausteine aus denen Atomkerne aufgebaut sind, also Protonen und Neutronen, sind dagegen nicht elementar: Sie bestehen jeweils aus drei Quarks. Alle Elementarteilchen derselben Sorte (z.B. alle Elektronen) besitzen die gleiche Masse und gleichen Ladungen.

Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen. Elementarteilchen sind das Elektron und die Quarks. Quelle: Netzwerk Teilchenwelt

Im Folgenden erhältst du einen Einblick in die fundamentalen Prinzipien und Forschungsmethoden der Teilchenphysik. Auch die Suche nach dem Higgs-Teilchen wird kurz vorgestellt, für deren theoretische Grundlagen 2013 der Physik-Nobelpreis verliehen wurde.

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