Das Jüngste Gericht: Die Wissenschaft der Scheibenwelt 4 (German Edition)

Quantenmechanik eingeführt werden, um ein breites Spektrum experimenteller Beobachtungen der Materie im Bereich kleinster Größenordnungen zu erklären. Dann tauchten mehrere ebenso elementare Teilchen auf, darunter das Photon, das Lichtteilchen, und das Neutrino, ein elektrisch neutrales Teilchen, das so selten mit etwas anderem wechselwirkt, dass es Tausende von Kilometern dickes, kompaktes Blei mühelos durchdringen könnte. Jede Nacht durchdringen zahllose Neutrinos, erzeugt von Kernreaktionen in der Sonne, die Erde und auch Sie, und kaum eines davon bewirkt irgendetwas.
    Neutrinos und Photonen sind erst der Anfang. Binnen weniger Jahre gab es mehr Elementarteilchen als chemische Elemente, was etwas lästig war, denn die Erklärung wurde allmählich komplizierter als das, was erklärt werden sollte. Doch schließlich kamen die Physiker darauf, dass manche Teilchen elementarer als andere sind.* [* Man findet neuerdings auch den Begriff »fundamentale Teilchen«, vor allem in Artikeln, die wortwörtlich aus dem Englischen übersetzt sind. – Anm. d. Übers. ] Das Proton beispielsweise besteht aus drei kleineren Teilchen, die Quarks genannt werden. Das Gleiche gilt fürs Neutron, aber die Zusammensetzung ist anders. Elektronen, Neutrinos und Photonen bleiben jedoch elementar; soviel wir wissen, bestehen sie nicht aus einfacheren Teilen.* [* Schon seit den 1970er-Jahren spekulieren die Physiker, dass Quarks und Elektronen aus noch kleineren Teilchen bestehen könnten, die sie abwechselnd Alphonen, Haplonen, Helonen, Maonen, Primonen, Quinks, Rishonen, Subquarks, Tweedles und Y-Teilchen nennen. Die allgemeine Bezeichnung für solche Teilchen lautet momentan »Präonen«.]
    Einer der Hauptgründe für den Bau des LHC war das Bedürfnis, die letzte fehlende Zutat für das Standardmodell zu erforschen, welches ungeachtet seines bescheidenen Namens so ziemlich alles in der Teilchenphysik zu erklären scheint. Dieses Modell nimmt an – und hat starke Belege dafür –, dass alle Teilchen aus sechzehn wirklich elementaren Teilchen bestehen. Sechs werden Quarks genannt und treten in Paaren mit abgedrehten Namen auf: up/down, charmed/strange und top/bottom.* [* Die englischen Bezeichnungen wurden seinerzeit ganz willkürlich gewählt und dienen nur der Bequemlichkeit, sie haben nichts mit der üblichen Bedeutung der Wörter zu tun und werden daher für gewöhnlich auch nicht übersetzt. Nur der Vollständigkeit halber: Die normalen Wortbedeutungen wären aufwärts/abwärts, bezaubert/seltsam und oben/unten. Den Quarks werden übrigens auch Farben zugeordnet, obwohl sie garantiert keine haben, aber man kann als Physiker ja nicht immerzu von »Eigenschaft Nr. 7« oder »Kriterium B« reden, ohne die Übersicht zu verlieren. – Anm. d. Übers. ] Ein Neutron besteht aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks, ein Proton ist ein Down-Quark plus zwei Up-Quarks.
    Dann kommen sechs sogenannte Leptonen, ebenfalls paarweise: das Elektron, das Myon und das Tauon (meist einfach Tau genannt) mit ihren zugehörigen Neutrinos. Das ursprüngliche Neutrino heißt jetzt Elektronen-Neutrino und bildet ein Paar mit dem Elektron. Diese zwölf Teilchen – Quarks und Leptonen – werden zusammen als Fermionen bezeichnet, nach dem großen, in Italien geborenen amerikanischen Physiker Enrico Fermi.
    Die restlichen vier Teilchen stehen in Beziehung zu den Kräften, sie also halten alles zusammen. Die Physiker kennen vier Grundkräfte in der Natur: die Schwerkraft, den Elektromagnetismus, die starke Kernkraft und die schwache Kernkraft. Die Schwerkraft spielt im Standardmodell keine Rolle, weil sie noch nicht ins quantenmechanische Bild eingepasst worden ist. Die anderen drei Kräfte hängen mit speziellen Teilchen zusammen, die (nach dem indischen Physiker Satyendra Nath Bose) Bosonen genannt werden. Der Unterschied zwischen Fermionen und Bosonen ist wichtig: Sie haben unterschiedliche statistische Eigenschaften.
    Die vier Bosonen »vermitteln« die Kräfte, etwa so wie zwei Tennisspieler durch ihre wechselseitige Aufmerksamkeit für den Ball zusammengehalten werden. Die elektromagnetische Kraft wird vom Photon vermittelt, die schwache Kernkraft vom Z -Boson und vom W -Boson, die starke Kernkraft vom Gluon. Das also wäre das Standardmodell: zwölf Fermionen (sechs Quarks, sechs Leptonen), die von vier Bosonen zusammengehalten werden.
    Sechzehn Elementarteilchen.
    Oh, und das Higgs-Boson – siebzehn Elementarteilchen.
    Natürlich unter der