P172: Der Mikrokosmos

Teil 11:

Vom Anfang und Ende der Welt - Elementarteilchen und Kosmologie

44. Bauteile des Mikrokosmos

Wenn man reduktionistisch denkt, dann versucht man alle Vorgänge und Dinge dieser Welt auf grundlegende Eigenschaften weniger Objekte zurückzuführen.

Theoret.Physik Uni Münster

 

Um die Vielfalt unseres Universums zu verstehen, benötigt man lediglich vier sog. Elementarteilchen, die man als 1.Generation bezeichnet:

u- Quark

d-Quark

Elektron

Elektronenneutrino

Zwei weitere Generationen treten nur bei sehr hohen Energien auf, also auch unmittelbar beim Urknall. Sie wandeln sich sehr schnell in die vier Teilchen der 1.Generation um. Man könnte sie als Eltern und Großeltern der jetzigen, stabilen, Generation bezeichnen.

 

KIT

Diesen Quanten muss man nun noch weitere Eigenschaften zuordnen, um die Komplexität der Welt zu verstehen:

Elektrische Ladungen: Damit bezeichnet man die Fähigkeit Photonen auszusenden und dadurch miteinander in Wechselwirkung zu treten. Nur das Neutrino kann das nicht. Es ist neutral.

Schwache Ladungen:  Nur sog. Linkshändige Teilchen tragen eine schwache Ladung. Linkshändig ist ein Teilchen, wenn es die Linke-Hand-Regel erfüllt: Daumen in Bewegungsrichtung, Finger bescheiben die Spindrehung.

Neutrinos kommen nur linkshändig vor, alle anderen Teilchen können sowohl linkshändig als auch rechtshändig sein.

Aber nur linkshändige Teilchen spüren einen weitere Kraft, die schwache Kraft. Diese Wechselwirkung kann linkshändige u-Quarks in linkshändige d-Quarks umwandeln.

Dadurch wandeln sich Neutronen in Protonen um und umgekehrt (Betastrahlung).

Das braucht der Kosmos, um neutronenreiche Elemente zu den bekannten 92 natürlichen Elementen umzuwandeln.

Farbladungen: Quarks tragen weitere Eigenschaften, die man mit r (rot),g (grün) und b (blau) bezeichnet.

Von ihnen geht die starke Kraft aus, die Quarks aneinander bimndet und Protonen, Neutronen und letztlich Atomkerne zusammenhält.

Quarks müssen sich immer so zusammenfinden, dass ihre Gesamtfarbe weiß ergibt, sie tragen dann nach Außen keine Farbladung und können somit keine starke Kraft ausüben.

Dadurch ist die Reichweite der starken Kraft beschränkt. Außerdem verschwindet sie in großer Nähe.

Wäre das nicht der Fall, würde alles durch die anziehende starke Kraft in sich zusammenstürzen.

Dann wäre da noch das Higgs-Teilchen. Das erst vor wenigen Jahren entdeckte Objekt,sorgt durch seine Wechselwirkung dafür, dass alles langsamer und träger abläuft. Wir nennen das Masse und Trägheit. Das Higgs-Teilchen erzeugt also die Massen der Elementarteilchen. 

Innerer Aufbau eines Protons

Das ist alles, was notwendig ist, um ein Universum sich entwickeln zu lassen.

Das ganzen Zeugs, die ganzen Kraftobjekte und das Higgs-Teilchen müssen durch sehr viel Energie in riesigen Mengen nur zusammengeschüttet sein. Dann muss man das Ganze auseinander blasen, damit die Quarks anfangen sich anzuziehen und Protonen und Neutronen bilden können.

Die kosmische Expansion als Motor der Evolution...

 

Das alles hat vor 14 Milliarden Jahren stattgefunden und so etwas kann man heute auch in den Teilchenbeschleunigern nachstellen.

Leider (oder zum Glück?) hat man dort aber so wenig Teilchen, dass nicht viel passiert...ein Kosmos kann dort nicht entstehen.

Das ist bisher nur einmal passiert.