P132: Der Baukasten, das "Periodensystem" der Physiker/innen

 22.3 Grundbausteine unserer Welt

Wir brauchen das zwar nicht für das Periodensystem, aber es passt gut in diesen Teil des Kurses, da wir Fermionen und Bosonen kennengelernt haben..

Die Grundidee haben wir in Q1 schon bei Feldern kennengelernt.

Es ist üblich, die elementaren Quanten mit dem Begriff "Elementarteilchen" zu bezeichnen. Alle wissen, dass es keine Teilchen sind, sondern Quanten.

Um alle Objekte des Universums zu erklären benötigt man die sog. I.Generation der Elementarteilchen:

Das sind zwei Quarks u und d, das Elektron und das ihm zugeordnete Elektronenneutrino (sozusagen ein Elektron ohne Ladung und fast ohne  Masse).

Die Quarks sitzen im Inneren der Protonen und Neutronen.

Nach allem, was wir sowohl aus Experimenten als auch aus den theoretischen Ansätzen wissen, sind Quarks, Elektronen und Neutrinos nicht teilbar, also wirklich die unterste Stufe der Welt.

Die Elementarteilchen der II. und III. Generation sind instabil und zerfallen in die der stabilen ersten Generation. Diese höheren Generationen hat es nur während der ersten Bruchteile des Urknalls gegeben. Natürlich kann man sie alle heute in den Beschleunigern erzeugen und untersuchen.

Es lässt sich zeigen, dass es nie weitere Generationen gegeben haben kann. 

Quarks haben übrigens gedrittelte Elementarladungen. Trotzdem behält man für e den Namen Elementarladung bei, da Quarks durch die Gluonen so stark aneinander gebunden sind, dass sie nie einzeln auftreten. Man kann auch weiterhin nur Vielfache der Elementarladung e in der Natur finden.

wikipedia common

 

Dann brauchen wir noch den Klebstoff:

Das sind die Bosonen.

Davon brauchen wir alle.

Die Photonen erzeugen die elektrische Kraft und kleben Ladungen aneinander oder stoßen sie ab (also unser Klebstoff kann mehr als kleben...).

Die Gluonen sitzen in den Protonen und Neutronen und halten die Quarks zusammen. Sie können nur kleben. Die Masse eines Protons besteht zu 70% aus Gluonen! Die Quarks haben keine Chance da raus zu kommen.

Die Weakonen (W- und Z-Bosonen) kleben verschiedene Sorten von Elementarteilchen zusammen und erzeugen somit den radioaktiven Zerfall. Das klingt unwichtig, ist es aber nicht...denn ohne Weakonen hätten wir weder Gold noch Silber, noch Blei oder Platin in unserer Welt.

Sie haben eine Ruhemasse (über 90 Protonenmassen!), die zu ihnen gehörende schwache Kraft m,ss deshalb nach der Unbestimmtheitsbeziehung eine endliche Reichweite haben.

Und dann haben wir das Higgs-Boson.

Es konnte erst 2012 am LHC des CERN nachgewiesen werden. Schon ein Jahr später hat der Erfinder, Peter Higgs (geb 1929), den Nobelpreis bekommen. Seine "Erfindung" war vor 55 Jahren!

Was macht das Higgs-Boson? Es macht alles träge. Es gehört zu einem Feld, dem Higgs-Feld, das den Raum wie eine Schleimmasse durchzieht und dafür sorgt, dass nicht alles sofort überall hin kann. Es erzeugt die Massen der Elementarteilchen.

Ein Elementarteilchen mit Masse muss immer langsamer als Licht sein.

 

Also, was braucht man für ein Universum?

Einen Kasten mit vier verschiedenen Bauteilen. Einen Kasten mit vier verschiedenen Klebstoffen.

lbv

 Irre, dass man damit was zusammenbauen kann, was singen, fliegen        und fühlen kann, so wie eine Amsel. 

 Hat das Albert Schweitzer mit "Ehrfurcht vor der Natur" gemeint?

 

 

 

Im Übrigen:

Protonen und Neutronen sind in Atomkernen eingesperrt. Sie zeigen eine Orbitalstruktur wie die Elektronen, nur bei wesentlich höheren Energien.

Quarks sind in Protonen und Neutronen eingesperrt. Also ein Proton selbst kann somit angeregt werden oder auch emittieren, nur bei extrem hohen Energien, da die Quarks Quantensprünge machen können.

Also alles, was wir jetzt über die Elektronenhülle lernen, können wir auf Atomkerne und sogar auf die Protonen und Neutronen selbst übertragen.

 

 Zum Schluss schreibe ich mal alle Eigenschaften auf, die ein Elementarteilchen haben kann (ohne sie genauer zu erklären):

Ruhemasse (steht als Energie in der Tabelle)

elektrische Ladung, deren Kraft von Photonen vermittelt wird

Farbladung, deren Kraft von Gluonen vermittelt wird

schwache Ladung, deren Kraft von Weakonen vermittelt wird

Parität: legt fest, ob es ein Teilchen oder ein Antiteilchen ist

Leptoneneigenschaft (z.B Elektroneneigenschaft, es gibt auch eine Myoneneigenschaft...)

Baryoneneigenschaft (+1/3 bei einem Quark, -1/3 bei einem Antiquark, d.h. ein Proton hat die Baryoneneigenschaft +1)

Spin: Legt fest ob damit gebaut oder geklebt wird...

Mehr Eigenschaften gibt es nicht in unserer Welt. Alle Eigenschaften usnerer Amsel lässt sich im prinzipm auf diese elemenataren Eigenschaften zurückführen.

Und keine der Eigenschaften darf insgesamt verändert werden. taucht irgendwo eine auf, muss sie durch eine Anti-Eigenschaft kompensiert werden.

Summa summarum ist also nix los in unserem Universum. Da entsteht nichts, da wird nichts erschaffen, nur das Vorhandene wird umorganisiert. Und das tut es von alleine...

Diese Vorgehensweise und Interpretation nennt man Reduktionismus. Manchen ist er ein Dorn im Auge und ein Stich in die Seele...aber selbst das kann der Reduktionismus auf die grundlegenden Teilchen und Kräfte zurückführen.