Das Tao der Physik

Teilchen hervorgerufen werden,
dem »Graviton«. Sie sind aber so schwach, daß das Graviton
bisher noch nicht beobachtet werden konnte, obwohl es keinen
triftigen Grund gibt, seine Existenz zu bezweifeln.
    Die schwachen Wechselwirkungen schließlich haben eine
außerordentlich kurze Reichweite— eine viel kürzere als die der
starken Wechselwirkungen -, und man nimmt daher an, daß sie
durch den Austausch sehr schwerer Teilchen hervorgerufen
werden. Von diesen hypothetischen Teilchen nimmt man an,
sie existierten in drei Arten mit den Bezeichnungen W + , W – und Z. Man glaubt, daß sie eine Rolle analog zu der der Photonen in den elektromagnetischen Wechselwirkungen spielen,
    abgesehen von ihren großen Massen. Diese Analogie ist die
Grundlage der jüngsten Entwicklung einer neuen Art von
Quantenfeldtheorien, die unter dem Namen Gange -Theorien
bekanntgeworden sind und es möglich gemacht haben, eine
vereinigte Feldtheorie der elektromagnetischen und der
schwachen Wechselwirkungen aufzustellen.
    In vielen der Kollisionsprozesse der Hochenergie-Physik erzeugt das Zusammenwirken von starken, elektromagnetischen
und schwachen Wechselwirkungen eine komplizierte Folge von
Vorgängen. Die zuerst zusammenstoßenden Teilchen werden
oft vernichtet, und mehrere neue Teilchen werden erzeugt, die
entweder wieder kollidieren oder, manchmal in mehreren Stufen, zu den schließlich übrigbleibenden stabilen Teilchen zerfallen. Das Bild oben zeigt ein Blasenkammerfoto* einer solchen Folge von Erzeugung und Vernichtung. Es ist eine ein
    * Zu beachten ist, daß in der Blasenkammer nur die geladenen Partikel Spuren hinterlassen. Diese werden von Magnetfeldern abgelenkt, und zwar positiv geladene Partikel im Uhrzeigersinn, negativ geladene Partikel gegen
den Uhrzeigersinn.
    Eine komplizierte Folge von Teilchenzusammenstößen und Zerfall: Ein negatives Pion (π – ) kommt von links und stößt mit einem Proton - d. h. mit dem
Kern eines Wasserstoffatoms - zusammen, das in der Blasenkammer »sitzt«;
beide Teilchen werden vernichtet, und ein Neutron (n) plus zwei Kaonen (K – und K + ) werden erzeugt. Das Neutron fliegt fort, ohne eine Spur zu hinterlassen; das K – kollidiert mit einem anderen Proion in der Kammer, die beiden
Teilchen vernichten
sich gegenseitig und erzeugen ein Lambda (Λ) und ein
Photon (γ). Keines dieser beiden neutralen Partikel ist sichtbar, aber das Λ zer
fällt nach sehr kurzer Zeit zu einem Proton und einem π~, die beide Spuren hin
terlassen. Die kurze Entfernung zwischen der Erzeugung des Λ und seinem
Zerfall ist im Foto gut zu erkennen. Das beim ersten Zusammenstoß erzeugte
K + schließlich fliegt eine Zeitlang und zerfällt dann zu drei Pionen.
    drucksvolle Illustration der Wandelbarkeit der Materie auf der
Ebene der Teilchen und zeigt eine Kaskade von Energie, in der
verschiedene Strukturen oder Teilchen gebildet und aufgelöst
werden.
    In diesen Folgen ist die Erzeugung von Materie besonders
eindrucksvoll, wenn ein masseloses Photon von hoher Energie,
das in der Nebelkammer nicht sichtbar ist, plötzlich in ein Paar
geladener Partikel explodiert (einem Elektron und einem Positron), die sich in auseinanderlaufenden Kurven fortbewegen.
Hier ist ein schönes Beispiel eines solchen Prozesses, in dem
zwei dieser Paare erzeugt werden.
    Eine Folge von Vorgängen, bei der zwei Paare erzeugt werden: ein
Κ – zerfällt in
ein π – und zwei Photonen (γ), von denen jedes ein ElektronPositronPaar er
zeugt, die Positronen (e + ) kurven nach rechts, die Elektronen (e – ) nach links.
    Je
höher die Anfangsenergie in diesen Kollisionsprozessen
ist, desto mehr Teilchen können erzeugt werden. Das nächste
Foto zeigt die Erzeugung von acht Pionen in einem Zusammenstoß zwischen einem Antiproton und einem Proton, und das
folgende zeigt ein Beispiel eines Extremfalles: die Erzeugung
von sechzehn Teilchen in einem einzigen Zusammenstoß zwischen einem Pion und einem Proton.
    Alle diese Kollisionen wurden im Laboratorium künstlich herbeigeführt mit Hilfe von riesigen Maschinen, in denen die Teilchen auf die erforderliche Energie beschleunigt werden. Bei
den meisten natürlichen Vorgängen hier auf der Erde reichen
die Energien nicht zur Erzeugung von Masseteilchen aus. Im
Weltraum dagegen ist die Lage völlig anders. Subatomare Teilchen treten im Zentrum der Sterne in großer Zahl auf, wo Kol
Erzeugung von acht Pionen in einem Zusammenstoß zwischen einem Antipro - ton
     
und einem Proton (das in der