Das Tao der Physik

der Teilchen (γ, π 0 , η) sind ihre eigenen Antiteilchen.
Die Teilchen sind nach steigender Masse geordnet: Photonen und Neutrinos
sind masselos; das Elektron ist das leichteste Masseteilchen; die Myonen, Pio
nen und Kaonen sind einige hundertmal schwerer als das Elektron, die anderen
Teilchen sind ein bis dreitausendmal schwerer.
    All diese Teilchen
können in Kollisionsprozessen erzeugt und
vernichtet werden. Jedes kann auch als virtuelles Teilchen ausgetauscht werden und somit zur Wechselwirkung zwischen anderen Teilchen beitragen. Es sieht so aus, als würde dies eine
große Anzahl von Teilchen-Wechselwirkungen zur Folge haben, aber glücklicherweise, obwohl wir den Grund dafür noch
nicht wissen, scheinen alle in vier Kategorien mit deutlich
unterschiedlichen Wechselwirkungsstärken zu fallen: starke
Wechselwirkungen,
elektromagnetische Wechselwirkungen,
schwache
Wechselwirkungen,
Gravitations-Wechselwirkungen. Unter diesen sind uns die elektromagnetischen und die Gravitations-Wechselwirkungen am vertrautesten, da wir sie in unserer normalen Welt erleben. Die Gravitation wirkt zwischen allen Teilchen, ist aber so schwach, daß sie experimentell nicht
nachgewiesen werden kann. In der makroskopischen Welt aber
bildet eine Unzahl von Teilchen die Massenkörper, addiert ihre
Gravitations-Wechselwirkung und erzeugt die Gravitation, die
das große Universum beherrscht. Elektromagnetische Wechselwirkungen finden zwischen allen geladenen Teilchen statt.
Sie sind für die chemischen Prozesse und für die Bildung aller
atomaren und molekularen Strukturen verantwortlich. Die
starken Wechselwirkungen halten die Protonen und Neutronen
im Atomkern zusammen. Sie stellen die Kernkraft dar, bei weitem die stärkste aller Kräfte in der Natur. Die elektromagnetische Anziehungskraft des Atomkerns auf Elektronen beträgt
etwa zehn Einheiten (Elektronenvolt), während die Kernkraft
Protonen und Neutronen mit einer Energie von etwa zehn Millionen Einheiten, zusammenhält!
    Die Nukleonen sind nicht die einzigen Teilchen, die durch
die starke Wechselwirkung miteinander reagieren. Die überwältigende Mehrheit sind stark wechselwirkende Teilchen.
Von allen heute bekannten Teilchen nehmen nur fünf (und deren Antiteilchen) nicht an der starken Wechselwirkung teil.
Dies sind die Photonen und die vier oben in der Tabelle aufgeführten Leptonen.* Damit fallen alle Teilchen in zwei große
Gruppen: Leptonen und Hadronen, oder stark zusammenwirkende Partikel. Die Hadronen sind unterteilt in Mesonen
und Baryonen, die sich auf verschiedene Weisen unterscheiden, u. a. dadurch, daß alle Baryonen separate Antiteilchen haben, während ein Meson sein eigenes Antiteilchen sein kann.
    *
Vor kurzem wurde ein fünftes Lepton entdeckt und mit dem griechischen
Buchstaben τ (tau) bezeichnet. Wie das Elektron und das Myon tritt es in
zwei Ladungszuständen auf. Da seine Masse fast 3500mal größer ist als die
des Elektrons, nennt man es auch das »schwere Lepton«. Ein nur mit dem
»tau« in Wechselwirkung stehendes entsprechendes Neutrino wurde zwar
postuliert, aber noch nicht gefunden.
    Die Leptonen beteiligen sich am vierten Typ der Wechselwirkungen, der schwachen Wechselwirkungen. Diese sind so
schwach und haben eine so geringe Reichweite, daß sie nichts
zusammenhalten können, während die anderen drei Bindungskräfte erzeugen. Die starken Wechselwirkungen halten die
Atomkerne zusammen, die elektromagnetischen Wechselwirkungen die Atome und Moleküle und die Gravitations-Wechselwirkungen die Planeten, Sterne und Galaxien. Die schwachen Wechselwirkungen manifestieren sich nur in bestimmten
Arten von Teilchenzusammenstößen und im Teilchenzerfall, so
wie im vorher erwähnten Beta-Zerfall.
    Alle Wechselwirkungen zwischen Hadronen werden durch
den Austausch von anderen Hadronen hervorgerufen. Dieser
Austausch von Masseteilchen ist die Ursache dafür, daß die
starken Wechselwirkungen eine so kurze Reichweite haben.
Sie erstrecken sich nur über eine Entfernung von wenigen Teilchenabmessungen und können daher niemals eine makroskopische Kraft aufbauen. Starke Wechselwirkungen erleben wir
daher in unserer alltäglichen Welt nicht. Die elektromagnetischen Wechselwirkungen dagegen werden durch den Austausch von masselosen
Photonen hervorgerufen und
ihre
Reichweite ist daher unbegrenzt, und deshalb begegnen wir
elektrischen und magnetischen Kräften in unserer normalen
Welt. Wir glauben, daß die Gravitations-Wechselwirkungen
auch von einem masselosen