Quantenteilchen

SG124 Quantenteilchen

^© H. Hübel Würzburg 2013

Quantenteilchen sind spezielle Quantenobjekte. Misst man für sie die Teilchenzahl, findet man immer 1^*). Es hat einige wenige unveränderliche Eigenschaften wie (Ruhe-)Masse, elektrische Ladung, Spin, ... . Ein Elektron oder ein Photon ist ein Quantenteilchen. Zwar können von einem Quantenteilchen alle Eigenschaften gemessen werden, die auch ein klassisches Teilchen hat ("klassisch denkbare Eigenschaften"; Bezeichnung nach Küblbeck und Müller). Im Unterschied zu klassischen Teilchen hat es eine solche Eigenschaft aber erst nach einer Messung, und es kann nicht alle solche Eigenschaften zugleich haben. Vor einer Messung ist die Eigenschaft nicht nur unbekannt. Es ist dann sogar sinnlos zu vermuten, dass sie einen bestimmten Wert hat.

Warum sollte das auch anders sein? Alle unsere Erwartungen stammen aus der makroskopischen Welt; niemand kann behaupten, dass diese auch in der Mikrophysik gelten müssen. Es ist durchaus plausibel, dass wir in ihr neue Erfahrungen machen müssen, die denen der Makrophysik zu widersprechen scheinen, die anders sind als in der Makrophysik.

Du darfst dir also nicht vorstellen, dass ein Quantenteilchen ohne eine Messung irgendwie in der Nähe eines bestimmten Ortes konzentriert sei oder sich mit irgendeiner Geschwindigkeit durch den uns umgebenden Raum bewege.

Im Zusammenhang mit der Quantenphysik sagt man statt Quantenteilchen manchmal kurz "Teilchen" im Unterschied zu einem "klassischen Teilchen". Das "Teilchen" in diesem Sinn hat dann genauso wenig etwas mit einer Konzentration um einen bestimmten Ort (Lokalisierung) zu tun. Quantenteilchen sind ohne eine Messung nicht lokalisiert.

Eine "klassisch denkbare Eigenschaft", die ein Quantenteilchen in einem Zustand ohne eine Messung nicht hat, heißt un-be-stimmt. Nach einer Messung ist diese be-stimmt. Wiederholte Messungen einer be-stimmten Eigenschaft liefern dann denselben Wert, solange der Zustand des Quantenteilchens nicht verändert wird. Wenn eine Eigenschaft im vorliegenden Teilchenzustand un-be-stimmt ist, liefern wiederholte Messungen - ausgehend von der gleichen Situation - streuende Messwerte. Zu solchen un-be-stimmten Eigenschaften gehören Ort oder Geschwindigkeit. Durch Messungen können auch nicht beide gleichzeitig be-stimmt gemacht werden.

Ein Quantenteilchen ist allein dadurch festgelegt, dass die Teilchenzahl be-stimmt ist, nämlich 1.

Es gibt andere Quantenobjekte, bei denen die Teilchenzahl z.B. 2 ist (sie ist also be-stimmt). Ein solches Quantenobjekt heißt "Teilchenzwilling".

Es gibt nach dem Standard-Modell zwei Familien von Quantenteilchen: eine Familie, mit der die Materie aufgebaut ist (Elektronen, Quarks, Protonen, Neutronen, ... ) und eine Familie von Quantenteilchen, die die Wechselwirkungen der Materieteilchen vermittelt (Photonen, Vektorbosonen, Gluonen, vielleicht auch Gravitonen, mit hoher Sicherheit auch Higgs-Teilchen).

^*) Vornehm wird in der Quantentheorie manchmal gesagt: "Ein Quantenteilchen ist ein Eigenzustand des Teilchenzahloperators mit der Teilchenzahl 1."

Hinweis: Auf diesen Seiten werden die quantenphysikalischen Begriffe "be-stimmt" und "un-be-stimmt" immer entgegen der Duden-Vorschrift mit Bindestrich geschrieben um jede Verwechslung mit den gleichlautenden umgangssprachlichen Begriffen zu verhindern.

( Juni 2013 )