BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

Umgekehrt ist es aber auch möglich, dass sich Strahlung in Masse verwandelt: Dieser Vorgang nennt
sich Paarerzeugung.
Beispielhaft ist die Paarerzeugung und Paarvernichtung bei Elektron-Positron-Paaren und Photonen:
Da die Summe der Ladungen von Elektron und Positron Null ist, kann so ein ungeladenes Photon
durch Paarvernichtung entstehen: e - + e + → γ
Je nach Bewegungsenergie der Elektronen und Positronen entstehen auch mehrere Photonen.
Besitzt ein Photon genügend Bewegungsenergie für die Ruhemasse von Elektron und Positron, kann
Paarerzeugung stattfinden, noch vorhandene überschüssige Bewegungsenergie wird dann als
Bewegungsenergie auf die Produkte verteilt: γ → e - + e +
Diese Beispiele zeigen, dass Fermionen immer paarweise erzeugt und vernichtet werden,
wohingegen Bosonen auch in ungeraden Anzahlen entstehen und verschwinden.
Reicht die Energie aus, finden diese Umwandlungen ständig statt. Im Licht ist somit auch immer ein
gewisser Anteil an Elektronen und Positronen. Die Gluonen sind für kurze Zeit auch immer in Form
eines Quark-Antiquark-Paares existent.
Diese Tatsachen würden bedeuten, dass wir und unsere Umgebung immer zu einem gewissen Anteil
aus Antimaterie bestehen. Nun stellt sich die Frage, warum dann bei der gegenseitigen Vernichtung
nicht ständig kleine Explosionen mit zerstörerischer Wirkung vonstattengehen. Das liegt daran, dass
es sich hier um „virtuelle Teilchen“ handelt, ein Phänomen, das aus der Verbindung von
Quantenmechanik und Relativitätstheorie resultiert. Eine vollständige Erklärung, was das für Teilchen
sind und welche Eigenschaften sie besitzen, führt wegen der hohen Komplexität zu weit. Es wird
vermutet, dass virtuelle Teilchen zu kurz existieren, um sie oder deren Auswirkungen (wie eine
Vernichtung mit zerstörerischer Kraft) zu beobachten, aber es sie trotzdem geben muss.
Im Urknall wurden Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen erzeugt. Nach dem heutigen
Forschungsstand aber gibt es in unserem Universum keine Antimaterie mehr, nur die, die bei
Zerfällen, z.B. in der oberen Atmosphäre mit der Höhenstrahlung, entsteht, dann aber auch schnell
wieder vernichtet wird. Daraus folgt, dass im Laufe der Zeit die Antimaterie vollständig annihiliert
wurde. Dabei blieb ein „kleiner“ Rest Materie übrig: immerhin so groß, das daraus das Universum
entstehen konnte. Wie dieser Überschuss zustande kam, ist ein Rätsel. Am LHCb-Detektor des LHC
soll jetzt untersucht werden, wie es zu dem Ungleichgewicht gekommen ist.
1.10.5. Das Innere des Protons – neueste
Erkenntnisse
Der Kenntnisstand über den Aufbau des Protons hat sich im Laufe der
Zeit verändert (siehe Abb. 25 22 ). Bei dem Abtasten des Protons mit
Elektronen wurde mithilfe von HERA entdeckt, dass das Innere des
Protons nicht nur aus drei Quarks besteht. Vielmehr ist dort eine
regelrechte Suppe aus vielen Gluonen, Quarks und Antiquarks
vorhanden. Die sogenannten Valenzquarks sind die drei bekannten
Hauptquarks. Die Gluonen vermitteln zwischen ihnen die starke
Wechselwirkung. Die überschüssigen Quarks und Antiquarks rühren
22 Bildunterschrift zitiert nach http://www.weltderphysik.de/de/3724.php?i=1198,
eingesehen am 08.12.2010
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Abb. 25: Im Laufe der Zeit wurde
die Struktur der Protonen immer
komplexer. Galten sie zunächst
noch als unteilbar (1), entdeckte
man in den 1960er Jahren die
Quarks (2), die über Gluonen
zusammengehalten werden (3).
Heute macht das komplexe
Wechselspiel dieser Bestandteile
das Proton noch immer zu einem
Forschungsobjekt voller Fragen
(4).