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SG128 Standard-Modell

© H. Hübel Würzburg 2013 - 2019

elektromagnetisches Feld

Quantenobjekte

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Es handelt sich um das gegenwärtig am meisten benutzte Modell vom grundlegenden Aufbau der Materie.

Es besteht aus 2 Gruppen von Elementarteilchen: die Gruppe der Materie-Teilchen und der Austausch-Teilchen (Wechselwirkungs-Bosonen), unter denen das Higgs-Teilchen eine Sonderrolle spielt. Die Antiteilchen sind hinzu zu denken.


Materie-Teilchen (Fermionen mit halbzahligem Spin)
Wechselwirkungs-Bosonen (ganzzahliger Spin)

(Generation 1) (Generation 2) (Generation 3)
Eichbosonen (Vektorbosonen)
Skalarboson







Quarks UP-Quark CHARM-Quark TOP-Quark

Gluonen g


DOWN-Quark STRANGE-Quark BOTTOM-Quark







Photon γ Higgs-Boson
Leptonen Elektron e-
Muon μ
Tau τ

Z-Boson
Elektron-Neutrino
νe
Muon-Neutrino
νμ
Tau-Neutrino
ντ

W+/W- - Bosonen



Die Gruppe der Materie-Teilchen besteht aus 6 Leptonen mit ihren Antiteilchen, und 6 Quarks, wiederum mit ihren Antiteilchen.

Zu den Leptonen gehören Elektron, Muon, Tau-Teilchen und Elektron-Neutrino, Muon-Neutrino und Tau-Neutrino. Die 6 Quarks heißen Up, Charm und Top bzw. Down, Strange und Bottom. Sie werden in 3 Generationen eingeordnet, nämlich UP / DOWN und Elektron bzw. Elektron-Neutrino, CHARM / STRANGE und Muon bzw. Muon-Neutrino sowie TOP / BOTTOM und Tau bzw. Tau-Neutrino. Die bekannten Austauschteilchen sind die Eichbosonen Gluon, Photon bzw. Z-Boson und W-Bosonen (Vektorbosonen). Das zusätzliche Higgs-Boson verschafft den Eichbosonen W+, W- und Z ihre Masse.

Die Anziehung elektrisch geladener Teilchen wird durch den Austausch von Photonen beschrieben. Wie kann man sich das vorstellen? Ein didaktisches Modell dazu vergleicht mit zwei Hunden, die sich um einen Knochen streiten. Mal hat der eine mehr Glück, mal der andere. Durch den ständigen Austausch des Knochens bleiben beide Hunde miteinander verbunden. Ähnlich bleiben Quarks in den schweren Teilchen (Nukleonen mit 3 Quarks und andere schwere Teilchen mit je 2 Quarks) durch den Austausch von Gluonen gebunden. Die Vektorbosonen W+, W- und Z vermitteln analog die "schwache Wechselwirkung", die für den ß-Zerfall verantwortlich ist.

Das Standardmodell kann die meisten beobachteten Eigenschaften von Teilchen und Austauschteilchen quantitativ wiedergeben. Dagegen kann es die Gravitation mit deren bislang hypothetischen Austauschteilchen, den Gravitonen, nicht beschreiben und versagt bei extrem hohen Energien, wie sie beim Urknall eine Rolle spielten. Es sagt nichts aus über die noch hypothetische Dunkle Materie und Dunkle Energie.

Es gibt viele Versuche, das Standardmodell zu erweitern, z.B. mit der String-Theorie, der Supersymmetrie oder der Schleifenquantengravitation, die jedoch bisher (2019) nicht zum Erfolg führten.

Die Nukleonen Proton und Neutron sind keine Elementarteilchen. Sie bestehen jeweils aus 3 Quarks, die durch den Austausch von Gluonen aneinander gebunden sind. Zusammen mit den Teilchen, die aus 2 gebundenen Quarks bestehen, gehören sie zu den "schweren" Teilchen, den so genannten "Baryonen".

Es gibt 4 fundamentale Wechselwirkungen:

1. die "starke Kraft", vermittelt durch den Austausch von Gluonen,

2. die elektromagnetische WW, vermittelt durch den Austausch von Photonen,

3. die "schwache Kraft", vermittelt durch den Austausch von W- und Z-Bosonen,

4. die Gravitationskraft, vermutlich vermittelt durch den Austausch von Gravitonen.

( November 2019 )