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Aufbau der Materie

Es gibt nur vier Kräfte

Jeder spürt die Anziehungskraft der Erde - ohne sie würden wir wie Astronauten im Weltraum schweben. Diese Kraft ist die Gravitation. Jedem sind darüber hinaus magnetische bzw. elektrische Kräfte bekannt. Desweiteren erfährt man im Alltag noch viele andere Kräfte, wie etwa Muskelkraft, Reibungskraft, die Kraft einer Spiralfeder oder die Kraft, die eine Unterlage (z.B. ein Tisch) ausübt. Bei der Erforschung der Atome und Kerne ist die Physik zudem auf neue Kraftwirkungen gestoßen, die etwa den Atomkern zusammenhalten oder bestimmte Teilchenumwandlungen bewirken.

Ähnlich wie bei der Untersuchung des Aufbaus der Materie versuchte die Teilchenphysik die Frage zu klären, welche dieser Kräfte "fundamental" sind, d.h. auf welche Kraftwirkungen alle anderen zurückgeführt werden können. Diese Untersuchung hat gezeigt, dass der enormen Anzahl verschiedener Kraftwirkungen, die wir im Alltag oder auch in physikalischen Experimenten erleben, lediglich 4 Grundkräfte zu Grunde liegen!

Die bekanntesten Grundkräfte sind dabei sicherlich die Gravitation und der Elektromagnetismus. Neben diesen alltäglichen Wechselwirkungen spielen bei kleinen Abständen, wie sie in der Teilchenphysik relevant sind, noch zwei andere Wechselwirkungen eine Rolle, nämlich die sog. schwache und die starke Kraft. Während die starke Kraft dafür verantwortlich ist, dass die Quarks zu Protonen und Neutronen gebunden werden (und ebenfalls, dass die Protonen und Neutronen eines Atomkerns gebunden werden), manifestiert sich die schwache Wechselwirkung in unserer Alltagswelt nur in speziellen Formen der Radioaktivität.

Diese Kräfte sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Name der Kraft

Reichweite
Austauschteilchen
10-15 m
8 Gluonen

elektro-magnetisch

unendlich
Photon

10-17 m

W+ W- Z
unendlich
Graviton

Die starke Kraft trägt ihren Namen dabei zu Recht: Ihre Wirkung ist so stark, dass die zu Hadronen gebundenen Quarks nicht als freie Teilchen auftreten können. Diesen Effekt nennt man Einschließung (confinemment) . Die Untersuchung der QCD (Quantenchromodynamik, kurz QCD) stellt einen Forschungsschwerpunkt der Wuppertaler Arbeitsgruppe dar.

Bis auf die Gravitation werden alle diese Kräfte durch das sog. Standard Modell der Teilchenphysik beschrieben. Es umfasst die Theorie der starken Wechselwirkung (QCD) sowie die elektroschwache Theorie nach Glashow, Salam und Weinberg (kurz GSW). Alle diese Kräfte werden durch sog. Eichtheorien beschrieben. Daraus folgt unter anderem, dass die Kraftwirkung durch den Austausch sog. Eichbosonen erklärt wird. Diese Austauschteilchen sind ebenfalls in der Tabelle angegeben.

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Letzte Änderung: Juli 16, 2004