Zu Beginn des Astronomiekurses an der VHS Berkenthin gab es zunächst ungewöhnliche Kost: Einen Abstecher in die neuesten Erkenntnisse der Elementarteilen und ihre Wechselwirkungen.
Aufbau der Materie
Materie, also die uns umgebenden massebehafteten Dinge, sind in ihrem Innersten aus sogenannten Fermionen zusammengesetzt. Neben den Elektronen gehören auch die sogenannten Quarks in diese Kategorie. Im Gegensatz zu Elektronen lassen sich Quarks nicht alleine beobachten; sie tun sich immer mit anderen Quarks zusammen und bilden die Elementarteilchen der sog. Hadronen. Je nachdem, wie die Zusammensetzung der Quarks in einem Hadron aussieht, können diese entweder instabile Mesonen sein oder auch etwas langlebigere Baryonen; zur letztgenannten Gruppe gehören auch die Protonen und Neutronen.
Den Rest kennt man: Protonen und Neutronen bauen die Atomkerne auf, zusammen mit den sie umgebenden Elektronen bilden sie elektrisch neutrale Atome, die wiederum auf chemischer Ebene schließlich Moleküle entstehen lassen.
Wechselwirkungen: Austauschteilchen
Wie nun die verschiedenen Teilchen miteinander wechselwirken, hängt stark von ihrer Zugehörigkeit in einer bestimmten Kategorie ab: Der Stoff, der Quarks zusammenhalt, wird durch die Wechselwirkungsteilchen der sog. Gluonen vermittelt. Sie stehen für die erste große Naturkraft, die Starke Wechselwirkung.
Desweiteren gibt es noch die ominösen Z- und W-Bosonen, die eine weitere Naturkraft vermitteln: Die Schwache Wechselwirkung. Beide Naturkräfte haben jedoch eine extrem geringe Reichweite; sie beschränkt sich auf den Bruchteil eines Durchmessers eines Protons!
Wesentlich größere Reichweite, eben unendlich, hat die dritte Naturkraft, der Elektromagnetismus. Ihr Austauschteilchen ist das masselose Photon.
Und schließlich gibt es noch die mit Abstand schächste Wechselwirkung: Die Gravitation. Sie besitzt eine unendliche Reichweite und lässt sich im Gegensatz zu allen anderen Naturkräften niemals abschirmen. Einstein fand als Erklärung der Gravitation die Deformation der vierdimensionalen Raumzeit – der gekrümmte Raum gewissermaßen.
Die Gravitation ist immer für eine Überraschung gut. So ist es bisher nicht gelungen, sie in einer quantenmechanischen Weise auch für den subatomaren Bereich korrekt zu formulieren. Mit der Stringtheorie forscht man aber an einem aussichtsreichen Kandidaten. Unterdessen haben die Physiker aber etwas Interessantes dazu entdeckt: Das sogenannte Higgs-Feld, das offenbar das gesamte Universum durchzieht und allen Fermionen (Begriff siehe oben) Masse verleiht. Krass!
Besondere Schwingungen dieses Higgs-Feldes bringen das Higgs-Boson hervor, welches zwar sehr kurzlebig ist, von modernen Teilchendetektoren aber mittlerweile aufgespürt werden kann.
Theorien
All das oben Gesagte sind i.a. sehr gut bestätigte Vorhersagen aus dem sogenannten Standardmodell der Elementarteilchenphysik (SM).
Doch die Physiker geben sich damit nicht zufrieden. Sie sind immer auf der Suche nach etwas noch Größerem: So forschen sie an der Großen Vereinheitlichten Theorie (GUT), die die Starke, die Schwache und die Elektromagnetische Wechselwirkung unter einem Dach vereinen soll. Das ist bisher nur zu einem Teil gelungen: Nämlich mit der elektroschwachen Kraft und der elektromagnetischen Wechselwirkung; beide konnte man bereits erfolgreich in einer gemeinsamen Therorie vereinen.
Die Gravitation bleibt wohl noch für eine geraume Zeit rätselhaft. Gelänge es, eine Theorie zu finden, die alle 4 Grundkräfte (also einschließliche der Gravitation) von der makroskopischen Welt bis in den Mikrokosmos vereint, so hätte man sie gefunden: DIE WELTFORMEL.
