Das Tao der Physik

Bedeutung gleichkommen. Die Metapher des kosmischen Tanzes vereinigt somit alte
Mythologie, religiöse Kunst und moderne Physik. Dies ist in
der Tat »Poesie und dennoch Wissenschaft«.
Quark-Symmetrien 16
ein neues Koan?
    Die subatomare Welt ist von Rhythmus, Bewegung und ständiger Wandlung bestimmt. Sie ist jedoch nicht willkürlich und
chaotisch, sondern hält sich an bestimmte, klare Formen. Erstens sind alle Teilchen einer Gattung völlig gleich, sie haben
die genau gleiche Masse, elektrische Ladung und andere charakteristische Eigenschaften. Weiterhin tragen alle geladenen
Teilchen eine elektrische Ladung, die genau (oder entgegengesetzt) der Ladung eines Elektrons entspricht, oder genau dem
Doppelten dieses Betrages. Das gleiche gilt für die Größen anderer Eigenschaften, deren Werte nicht willkürlich, sondern
auf eine begrenzte Anzahl beschränkt sind. Damit können wir
die Teilchen in einigen wenigen bestimmten Gattungen oder
»Familien« anordnen. Dies führt zu der Frage, wie diese bestimmten Strukturen in der dynamischen und ständig wechselnden Teilchenwelt entstehen.
    Das Auftauchen von klaren Formen in der Struktur der Materie ist keine neue Erscheinung, sondern wurde schon in der
Welt der Atome beobachtet. Wie die subatomaren Teilchen
sind Atome einer Gattung völlig gleich, und die verschiedenen
Atomarten der chemischen Elemente wurden im Periodensystem in verschiedenen Gruppen angeordnet. Diese Klassifikation verstehen wir jetzt gut, sie beruht auf der Anzahl der Protonen und Neutronen im Atomkern und auf der Verteilung der
Elektronen in den sphärischen Bahnen oder »Schalen« um die
Atomkerne. Die Wellennatur der Elektronen beschränkt den
gegenseitigen Abstand ihrer Bahnen und den Betrag an Rotation, den ein Elektron in einer gegebenen Bahn haben kann,
auf wenige bestimmte Werte, die den bestimmten Schwingungen der Elektronenwellen entsprechen. Folglich entstehen in
den Atomstrukturen ganz bestimmte Muster, die durch einen
Satz von »Quantenzahlen« charakterisiert werden und die
Schwingungsformen der Elektronenwellen in ihren Orbitalen
wiedergeben. Diese Schwingungen bestimmen die »Quantenzustände« eines Atoms und stellen sicher, daß zwei Atome völlig gleich sind, wenn sie sich beide in ihrem »Grundzustand«
oder im gleichen »Erregungszustand« befinden.
    Die Strukturen der Teilchen zeigen große Ähnlichkeiten mit
denen der Atome, z. Β. rotieren die meisten Partikel wie ein
Kreisel um eine Achse. Ihr innerer Drall (meist mit dem engli
schen Wort »Spin« bezeichnet) ist auf feste Werte beschränkt,
die ganze Vielfache einer Grundeinheit sind. So können die Baryonen nur Spins von 1/2, 3/2, 5/2 etc. haben, während die Mesonen Spins von 0, 1, 2 etc. aufweisen. Dies erinnert stark an die
Rotationsgrößen der Elektronen in ihren Bahnen, die auch auf
ganz bestimmte, durch ganze Zahlen gekennzeichnete Werte
beschränkt sind.
    Die Analogie zu den atomaren Strukturen wird durch die
Tatsache weiter verstärkt, daß alle intensiv wechselwirkenden
Teilchen oder Hadronen in Folgen zusammengefaßt werden,
deren Glieder gleiche Eigenschaften aufweisen, von Masse und
Spin abgesehen. Die höheren Glieder dieser Folgen sind extrem kurzlebige Teilchen, die man »Resonanzen« nennt und die
im letzten Jahrzehnt in großer Anzahl entdeckt wurden. Die
Massen und Spins der Resonanzen steigen auf festgelegte Art
innerhalb jeder Folge, die sich alle ins Unendliche zu erstrekken scheinen. Diese Regelmäßigkeiten deuten auf eine Analogie zu den Erzeugungszuständen der Atome und führten die
Physiker zu der Ansicht, daß die höheren Glieder der Hadronen-Folge keine anderen Teilchen, sondern nur angeregte Zustände der Glieder mit den niedrigsten Massen sind. Wie ein
Atom kann damit ein Hadron in verschiedenen kurzlebigen Erregungszuständen existieren, die durch größere Beträge an Rotation (oder Spin) und Energie (oder Masse) charakterisiert
sind.
    Die Ähnlichkeiten zwischen den Quantenzuständen der
Atome und der Hadronen deuten an, daß Hadronen ebenfalls
zusammengesetzte Objekte mit inneren Strukturen sind, die
»erregt« werden können, d. h. sie können Energie absorbieren,
um eine Vielfalt von Strukturen zu bilden. Zur Zeit verstehen
wir jedoch noch nicht, wie diese Strukturen gebildet werden. In
der Atomphysik können sie aus den Eigenschaften und gegenseitigen Wechselwirkungen der Atombausteine (Proton, Neutron und Elektron) erklärt werden, aber in der Teilchenphysik
ist eine solche