„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik (kurz: SM) systematisiert die wesentlichen Erkenntnisse der gegenwärtigen Teilchenphysik.

 

Es umfasst alle bekannten Materieteilchen, die nicht-gravitativen Kraftteilchen und das Higgs-Boson, das in keine der beiden anderen Gruppen passt.

Fermionen & Bosonen

Es werden grundsätzlich zwei Elementarteilchenkategorien unterschieden: Fermionen und (Vektor-)Bosonen.

Fermionen

 

Fermionen sind Elementarteilchen mit halbzahligem Spin (1/2; 3/2; ...).

 

Von Bosonen unterscheiden sich die Fermionen darin, dass sie dem Pauli-Prinzip unterliegen. Zwei oder mehrere Fermionen können also nach diesem Grundprinzip nie denselben quantenmechanischen Zustand einnehmen. Eine Mehrzahl von Fermionen stoßen sich gegenseitig demnach ab, wodurch sie ein festes und ausgedehntes Gebilde ergeben. Dieses Gebilde stellt die uns umgebende Materie dar. Alle Materie besteht in ihren Grundbausteinen aus Fermionen. Folglich sind auch alle Nukleonen und die Elektronen schlussendlich Fermionen.

 

Weiterhin unterscheidet man Fermionen in Quarks und Leptonen.

 

o   Mehr über Quarks und Leptonen hier: Quark und Lepton.

Bosonen

 

Bosonen sind Elementarteilchen mit ganzzahligem Spin (1; 2;..).

 

Von Fermionen unterscheiden sich die Bosonen darin, dass sie nicht dem Pauli-Prinzip unterliegen. Zwei oder mehrere Bosonen können denselben quantenmechanischen Zustand einnehmen. Eine Mehrzahl von Bosonen bildet ein Feld.

 

o   Mehr über Bosonen hier: Grundkräfte der Physik.

Verweise

  • Physik: In jedem Teilgebiet der Physik ist man bestrebt, komplizierte Sachverhalte auf möglichst einfache Strukturen zurückzuführen. Mit dem SM kann die Elementarteilchenphysik fast alle Kraft- und alle Materieteilchen in einem einheitlichem Gefüge zusammenfassen.

 

  • Jenseits des SM: Es ist jedoch fachwissenschaftlicher Konsens, dass das Standardmodell nicht das letzte Wort in der Teilchenphysik sein kann.

 

  • Alexander Unzicker: Es ist also so gut wie unbestritten, dass die SM irgendeine Erweiterung braucht. Eher wenige Physiker glauben , dass das Standardmodell von Grund auf Fehler birgt und es deshalb fundamentaler Modifikationen oder einer kompletten Neustrukturierung bedarf.

 

  • Higgs-Boson: Das Higgs-Boson wurde vor vielen Jahrzehnten theoretisch vorhergesagt und ist seit kurzem experimentell nachgewiesen.

 

  • Standardmodell der Kosmologie

 

  • Teilchenbeschleuniger: Sind Quarks und Elektronen tatsächlich die Elementarteilchen der Materie, d.h. sind sie unteilbar? Oder gibt es vielleicht noch kleinere, fundamentalere Bausteine, aus denen du und ich zusammengesetzt sind? Wenn uns jemand diese spannenden Fragen beantworten kann, dann ein Teilchenbeschleuniger.

 

  • Welle-Teilchen-Dualismus: Elementarteilchen sind Quantenobjekte, haben also sowohl Wellen-, als auch Teilcheneigenschaften.

 

Bildquelle

Stand: 2014

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