Beck Wissen - Antimaterie - Auf der Suche nach der Gegenwelt

sich um ein u-, d-, ch-, s-, b- oder das noch unentdeckte sechste t-Quark handelt. Selbst wenn das sechste Quark gefunden würde, bleibt doch die uralte Frage offen, ob die Quarks auf der einen und die Leptonen auf der anderen Seite wirklich die nicht mehr weiter teilbaren Urbausteine der Materie darstellen. Für alle Physiker, die den letzten Wahrheiten höchste Einfachheit zuschreiben wollen, ist dies mit Sicherheit nicht der Fall. Denn noch immer benötigen wir viel zu viele „Elementarteilchen“ - nämlich zwei Familien mit je sechs Elementen - um die uns bekannte Wirklichkeit zu beschreiben. Vielleicht kann man noch elementarere Teilchen finden, die in der Mikroweit jenseits von Quarks und Leptonen liegen und die wirklichen Bausteine der Bestandteile aller Mitglieder der Teilchenfamilien bilden? Das Kind ist noch nicht geboren, aber einen Namen hat es schon: Die noch hypothetischen kleinsten Subeinheiten sollen Haplonen oder Rishonen heißen. Ob es sie wirklich gibt, weiß man nicht.
    Ungeklärt sind auch die merkwürdigen gebrochenen Ladungen der Quarks. Darüber hinaus ist es unbekannt, warum Ladungen nur bestimmte Werte und nicht jeden beliebigen Betrag annehmen können.
    Wir haben bisher nur nebenher von den Kräften gesprochen. Doch spielen diese beim Verständnis der Prozesse eine entscheidende Rolle. Je weiter wir in den Mikrokosmos vordringen, um so mehr stellt sich die Frage, ob es überhaupt einen Sinn hat, die Teilchen als unabhängige Objekte zu betrachten, oder ob nicht die Kräfte immer stärker an Bedeutung gewinnen. Die Bindungsenergien, die z.B. die Quarks im Inneren von Protonen oder Neutronen zusammenhalten, sind nämlich durchaus vergleichbar mit der Ruheenergie der Teilchen selbst. Im Lichte dieser Tatsache sind die Quarks auch in vieler Hinsicht von anderen, größeren Teilchen sehr verschieden. Sie lassen sich nicht aus den Protonen oder Neutronen herausholen, ja sie kommen überhaupt nirgends als freie Teilchen vor. Es gibt keine Möglichkeit einen „Quark-Strahl“ zu erzeugen, wie man beispielsweise einen Elektronen- oder einen Protonenstrahl erzeugen kann. Dasselbe würde auf die hypothetischen noch kleineren Bestandteile der Quarks oder Leptonen
     

    Abb. 7: Die vier Grundkräfte
     
    zutreffen, weil diese noch ungleich stärker gebunden sein müßten als es die Quarks in den Kernbausteinen (Nukleonen) sind. Deshalb kann man die Quarks auch mit einiger Berechtigung als „Quasiteilchen“ bezeichnen. Mit den klassischen Teilchen sind sie jedenfalls nicht zu vergleichen. Eher handelt es sich im Innern der Nukleonen um eine Art von „Brei“, dessen Beschaffenheit wesentlich durch die Kräfte oder Wech-selwirkungen bestimmt wird. Zwar geht aus Experimenten hervor, daß es sich bei den Quarks um Teilchen mit einem bestimmten Durchmesser handelt, aber alles in allem sind die Quarks wohl doch eher ein Hilfsmittel zur anschaulichen Beschreibung höchst komplizierter und in Wirklichkeit völlig unanschaulicher Tatsachen.
    Die uns bekannten Kräfte sind durch ihre „Wirkungssphäre“ und durch ihre relative Stärke bestimmt. Hinzu kommt die Ladung und das jeweilige „Bindeteilchen“, durch dessen Austausch die Kräfte zustande kommen. Wir wollen versuchen, dies verständlich zu machen: In der Natur kennen wir vier Grundkräfte: Die Gravitation (Schwerkraft), die elektrische und magnetische Kraft (elektromagnetische Kraft) sowie die starke und die schwache Kernkraft.
    Die starke Kernkraft ist die stärkste aller uns bekannten Kräfte. Sie bindet die Protonen und Neutronen im Kern sowie die Quarks in den Nukleonen zusammen. Die schwache Kernkraft ist nur etwa ein Hundertbillionstel so stark und ist für den radioaktiven Betazerfall der Atomkerne, aber auch für die Energiefreisetzung im Innern der Sonne von Bedeutung. Die schon seit längerem bekannte elektrische und die magnetische Kraft konnten bereits im 19. Jahrhundert zur elektromagnetischen Kraft vereinigt werden. Sie ist etwa ein Tausendstel so stark wie die starke Kernkraft. Schließlich kommt noch die Gravitation hinzu, die allgemeine Massenanziehung. Ihre „Ladung“ ist die Masse, und sie wirkt außerordentlich schwach (in Einheiten der starken Kernkraft nur 10“ 39 ), dafür aber praktisch unendlich weit.
    Das Wirken der Kräfte wurde durch den Feldbegriff interpretiert. Danach ist z. B. ein mit Masse behafteter Körper von einem Gravitationsfeld umgeben. Die Feldlinien reichen in den Raum hinein, so daß auf diese Weise