Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Titelthema: Subatomare Strukturen: Das Innenleben der Quarks

Quarks und Leptonen besitzen weder Ausdehnung noch Struktur – so lehrt es das Standardmodell der Teilchenphysik. Doch es gibt Hinweise, dass es auch anders sein könnte. Vielleicht stößt der Beschleuniger LHC schon bald in eine verborgene Welt noch kleinerer Partikel vor.
Innenleben der Quarks

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist eine der erfolgreichsten Theorien, die je entwickelt wurden. Gerade einmal eine Hand voll Prinzipien vereinten die Physiker zu einem sich durch seine Einfachheit auszeichnenden Modell, das alle bekannten Elementarteilchen im Universum sowie die meisten Wechselwirkungen zwischen ihnen beschreibt. Im Wesentlichen postuliert es, dass zwei Arten nicht teilbarer Materieteilchen existieren: Quarks und Leptonen, beide in unterschiedlichen Varianten. Quarks kennt man als Bausteine von Protonen und Neutronen, ein Beispiel für Leptonen sind die Elektronen. Durch die richtige Kombination von Leptonen und Quarks lässt sich jedes Atom und somit auch jegliche Materie im Universum hervorbringen.

Außerdem wirken vier fundamentale Kräfte. Zwei davon sind uns sehr vertraut, nämlich die Gravitation und die elektromagnetische Wechselwirkung. Hinzu kommen die weniger bekannte starke sowie die schwache Kernkraft. Die drei letztgenannten Kräfte beschreiben Physiker mathematisch durch den Austausch so genannter Bosonen. Versuche, auch die Gravitation in dieses Modell einzubeziehen, sind allerdings sämtlich gescheitert. Auch weitere Antworten bleibt das Standardmodell schuldig: Wieso gibt es ausgerechnet vier Kräfte und nicht mehr oder weniger? Und warum existieren gerade zwei verschiedene Sorten fundamentaler Teilchen und nicht nur eine?

Zweifellos wichtige Fragen. Doch mich und auch viele meiner Physikerkollegen fasziniert schon seit langer Zeit ein ganz anderes Rätsel. Es gibt Indizien, dass Quarks und Leptonen, die im Standardmodell als punktförmig und unteilbar gelten, aus noch kleineren Komponenten aufgebaut sein könnten. Falls dies tatsächlich der Fall ist, falls Quarks und Leptonen also nicht wirklich fundamental sind, stünde dem Standardmodell eine grundlegende Überarbeitung ins Haus. Ebenso wichtig wären wohl die praktischen Konsequenzen. So wie es vor Ernest Rutherfords Entdeckung der Struktur des Atoms im Jahr 1911 undenkbar war, die Kernenergietechnik zu entwickeln, so brächte wohl auch die Entdeckung einer tieferen Ebene der Materie völlig Neues mit sich. Doch gibt es diese Ebene wirklich? ...

Kennen Sie schon …

Spektrum Kompakt – 70 Jahre CERN - Ein europäisches Erfolgsmodell

Nach dem zweiten Weltkrieg vereinte das CERN Forscherinnen und Forscher aus vielen Ländern, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu ergründen. Seine Erfolge lassen sich in Nobelpreisen und Entdeckungen wie dem Higgs-Boson verzeichnen, jedoch auch in einer beeindruckenden Forschungskultur.

Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum der Wissenschaft – Was die Welt zusammenhält – Die Entschlüsselung der starken Kernkraft

Die starke Kernkraft bindet Protonen und Neutronen aneinander und führt so zu stabilen Atomkernen. Doch wie groß ist die stärkste aller Kräfte wirklich? Nach jahrzehntelangen Bemühungen haben Physiker den Wert nun berechnet und mit Experimenten verifiziert. Außerdem im Heft: Die Dunkle Energie bewirkt, dass sich unser Universum beschleunigt ausdehnt, gilt aber selbst als konstant. Doch es gibt erste Hinweise, dass sie mit der Zeit schwächer wird. In der Medizin haben die ersten Studien zu mRNA-Impfungen gegen Krebs viel versprechende Ergebnisse. Daneben berichten wir über Papageien, die sich weltweit ausbreiten und sich auch in Deutschland entlang des Rheins wohl fühlen. Was ist das Erfolgsrezept der intelligenten Vögel?

  • Literaturtipp

Lincoln, D.: Die Weltmaschine: Der LHC und der Beginn einer neuen Physik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2011

Schreiben Sie uns!

5 Beiträge anzeigen

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.