Big Bang HTL 4, Schulbuch

154 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) das ist gut, denn man schätzt, dass auf der Erde etwa 70 Milliarden Neutrinos pro Sekunde durch jeden Quadrat- zentimeter fliegen, also auch durch dich. Um Neutrinos nachweisen zu können, braucht man viel Zeit – und riesige Detektoren (Abb. 17.23). Im Jahr 2001 konnte belegt werden, dass sich Neutrinos ineinander umwandeln. Zum Beispiel wandelt sich ein Elek- tron-Neutrino in ein Myon-Neutrino um und dann wieder zurück. Man spricht daher von Neutrino-Oszillation. Damit ist klar, dass sich Neutrinos nicht – wie lange vermutet – mit Lichtgeschwindigkeit bewegen ( F6 ). Rätselhafter β -Zerfall Wenn sich zwei Personen am Eis voneinander abdrücken, bewegen sie sich in Gegenrichtung weg. Weil der Gesamt- impuls (Kap. 8.1, NAWI I) erhalten bleiben muss, bewegt sich die leichtere Person schneller (Abb. 17.6 a/b). Beim radio- aktiven Zerfall ist es genauso (c/d). Der schwere Kern fliegt langsam in die eine Richtung weg, das leichte Teilchen schnell in die andere. Abb. 17.6: Impulserhaltung am Eis und beim α -Zerfall Beim radioaktiven Zerfall eines bestimmten Isotops wird immer exakt dieselbe Energiemenge frei. Deshalb muss die Bewegungsenergie und auch die Geschwindigkeit des aus- gesendeten Teilchens immer gleich groß sein. Bei α -Teilchen ist das auch so (Abb. 17.7 a). Bei β -Teilchen ist aber die ge- messene Geschwindigkeit fast immer geringer als die er- wartete (b). Wie kommt es dazu? Abb. 17.7: Geschwindigkeit von α - und β -Teilchen: Die β -Teilchen verletzen scheinbar den Energieerhaltungssatz. Das erschien lange Zeit so rätselhaft, dass der große N IELS B OHR sogar am Energieerhaltungssatz zu zweifeln begann . W OLFGANG P AULI hatte aber 1930 eine Idee. Er sagte voraus, dass beim β -Zerfall ein unbekanntes Teilchen ausgesandt werden muss, das den fehlenden Impuls besitzt. Und so ist es auch! Dieses Teilchen nennt man heute Neutrino . i Denn für Teilchen, die sich mit c bewegen, steht von uns aus gesehen die Zeit still (siehe Tab. 10.2, Kap. 10.2). Und wenn das Teilchen nicht altert, kann es sich auch nicht umwandeln. Gleichzeitig ist damit auch klar, dass Neutrinos wie alle unter- lichtschnellen Teilchen eine Ruhemasse besitzen müssen. Zu jedem Teilchen gibt es ein Antiteilchen. Mathematisch werden Teilchen und Antiteilchen durch einen Ausdruck be- schrieben. Deshalb zählt man die Antiteilchen nicht extra. Antiteilchen entsprechen in allen Eigenschaften ihren „Spiegelteilchen“, haben aber, wenn sie geladen sind, eine gegengleiche Ladung. Abb. 17.8: Beispiele für Teilchen und Antiteilchen: Sie werden durch einen mathe- matischen Ausdruck beschrieben. Bestünde das Universum aus Antimaterie, wären also ein- fach alle Ladungen vertauscht, und das würdest du gar nicht merken ( F8 ). Das einzige Antiteilchen mit einer Extrabezeichnung ist das Anti-Elektron, das man Positron nennt. Alle anderen haben einfach die Silbe „Anti“ vor ihrem Namen. Die Symbole von Antiteilchen erkennt man ent- weder an der gegengleichen Ladung oder am Strich über dem Symbol (Abb. 17.8). Zusammenfassung Leptonen gehören neben den Quarks zu den Materie- bestandteilen. Das bekannteste Lepton ist das Elektron. Neutrinos sind kuriose Teilchen, weil sie kaum mit Materie in Wechselwirkung treten und daher auch unglaublich schwer zu messen sind. 17.2.2 Quarks Ein wichtiger Schritt zur Reduzierung der Teilchenzahl war die Entdeckung der Quarks. Die vielen hundert Teilchen des Teilchenzoos können alle aus zwei oder drei Quarks zusam- mengesetzt werden. Z Das Rosinenkuchenmodell besagte, dass Atome aus einem positiven „Teig“ und den negativen „Rosinen“ bestehen. Wie konnte R UTHERFORD im Experiment zeigen, dass die positive Ladung in Wirklichkeit aber auf einen winzigen Kern konzentriert ist? Lies nach in Kap. 13.1! Was versteht man unter additiver Farbmischung? Bei welchen alltäglichen technischen Geräten wird sie angewendet? F9 F10 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv