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Physiker ordnen
das Teilchenchaos
In den Jahren nach 1950 wurden bei Untersuchungen
der kosmischen Strahlung und bei Experimenten
an Teilchenbeschleunigern viele
neue Teilchen entdeckt - weit mehr als hundert.
Die Annahme, es handle sich um elementare
Bausteine, wurde wegen der hohen Anzahl verworfen.
Murray Gell-Mann und George Zweig
ordneten das Teilchenchaos (1964) und führten
zu diesem Zweck hypothetische Teilchen ein.
Sie interpretierten sowohl die Kernbausteine aller
Atome, die Nukleonen, als auch die meisten
der bis dahin „elementar“ genannten, an
Beschleunigern erzeugten Teilchen als Bindungszustände
dreier fundamentaler Bausteine
- der Quarks. Ende der 60er Jahre wurden
diese hypothetischen Quarks als punktförmige
Objekte im Inneren des Protons tatsächlich
nachgewiesen.
Nach der Entdeckung der Struktur der Atome
(Rutherford, 1911) und des Aufbaus der Atomkerne
(Chadwick, 1931) war die Identifizierung
der Quarks als Bausteine der Nukleonen einer
der Meilensteine des 20. Jahrhunderts in der
Erforschung der innersten Struktur der Materie.
Heute weiß man, daß es sechs Arten von
Quarks gibt, die sich in drei Gruppen, auch
Familien genannt, einteilen lassen. Außer den
Quarks existiert in der Natur eine weitere
Urkomponente - die Leptonen. Auch die Leptonen
treten in sechs unterschiedlichen Formen
auf, wiederum einteilbar in drei Familien. Das
bekannteste Lepton ist das Elektron - der
Träger des elektrischen Stroms.
Für die Beschreibung unserer Umwelt mit
ihren vielfältigen Erscheinungsformen genügen
drei Grundbausteine: das Up-Quark, das
Down-Quark und das Elektron. Von einem
vierten Teilchen hängt das biologische Leben
auf der Erde ab - das Neutrino. Denn ohne
Neutrinos würde die Sonne nicht leuchten. Die
übrigen Quarks und Leptonen existierten in der
Natur nur unmittelbar nach dem Urknall gleichberechtigt
neben den anderen. Sie können heute
für kurze Zeit in leistungsstarken Beschleunigern
wieder erzeugt werden.
Urknall
Die gesamte Materie des Universums entstand
nach heutiger Kenntnis vor etwa 15 Milliarden
Jahren. Ein Ball (kleiner als ein Atom) mit einer
unvorstellbar großen Energiedichte glühte auf
und explodierte - der Urknall (englisch „Big
Bang“). Die Materie breitete sich mit unglaublicher
Geschwindigkeit in allen Richtungen aus
- ein kosmischer Vorgang, der Galaxien, Sonnen,
Planeten und schließlich die Menschen
hervorbrachte. Die Physiker sind heute in der
Lage, mit großen Teilchenbeschleunigern Materie
unter ähnlichen Bedingungen zu untersuchen,
wie sie unmittelbar nach dem Urknall
herrschten. Die Entdeckungsreise in das Innere
der Materie zu deren winzigen Strukturen ist
daher ebenso eine Reise zurück in der Zeit, zurück
zum Beginn unserer Welt und Zeit.