Big Bang HTL 4, Schulbuch

Teilchenphysik und Standardmodell 17 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 161 Abb. 17.26: Teilchenzoo und Standardmodell im Überblick: Es gibt einige hundert Hadronen (links), die aber alle aus Quarks zusammengesetzt und somit nicht elementar sind. Mit dem Standardmodell (Mitte) kann man drei Kräfte und alle bekannten Teilchen erklären. Wenn man die Gluonen als ein Teilchen zählt und die Bosonen W + und W - , die ja Teilchen und Antiteilchen sind, zusammenfasst, hat das Standardmodell 17 Teilchen (12 Fermionen und 5 Bosonen). Wenn man auch alle Antiteilchen der Fermionen dazu zählt, W + und W - extra und auch noch die 8 möglichen Farbladungen der Gluonen, dann kommt man in Summe auf 37 Teilchen (24 Fermionen und 13 Bosonen). Eine Geschmackssache, die auch von Physikern nicht einheitlich gesehen wird. Abb. 17.27: Wenn man ein Blatt sehr dünn einrollt, kann man eine Dimension quasi zum Verschwinden bringen. So ähnlich stellt man sich das „Einrollen“ der nicht bemerkbaren Raumdimen- sionen in der Superstringtheorie vor. Allerdings hat die Raumzeit in den Superstringtheorien zu- mindest 10 Dimensionen. Weil wir offensichtlich in einer dreidimensionalen Welt leben, nimmt man an, dass diese Extradimensionen „eingerollt“ sind (Abb. 17.27). Durch die Stringtheorien lassen sich manche Phänomene erklären, die durch andere Modelle nicht erklärbar sind. Allerdings gibt es bisher keine experimentellen Bestätigungen, etwa für die eingerollten Dimensionen. Zusammenfassung Im Rahmen des Standardmodells konnten zwei Wechselwir- kungen vereinigt werden. Die starke Kraft konnte im Rah- men einer Grand Unified Theory, die Gravitationskraft in ei- ner Theory of Everything vereinigt werden. Dazu fehlen allerdings bis jetzt die experimentellen Belege. Z Bearbeite die Aufgaben! Teilchenphysik und Standardmodell In Tab. 17.3 ist von der mittleren Lebensdauer ( τ ) eines Teilchens die Rede. Darunter versteht man die Zeit, bis die Anzahl der Teilchen auf 1/e abgesunken ist. Leite den Zusammenhang zwischen τ und T 1/2 aus der Gleichung für die Halbwertszeit (Kap. 15.2) ab. L 17 F18 A1 Teilchenzoo Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Teilchen auf Grund ihrer Eigenschaften einzuteilen. Die eleganteste ist die Einteilung in Fermionen und Bosonen , wie sie im Standardmodell getroffen wird (Abb. 17.26). Man kommt dabei – je nach Zählweise – mit 17 bis 37 Teilchen aus! Es gibt aber noch eine weitere, historisch bedingte Einteilung in Leptonen (leichte Teilchen), Mesonen (mittelschwere Teilchen) und Baryonen (schwere Teilchen). Mesonen und Baryonen werden zu Hadronen zusammengefasst. Der überwiegende Großteil des Teilchenzoos stammt aus diesem Bereich. Hadronen sind im Gegensatz zu Leptonen nicht ele- mentar, sondern setzen sich entweder aus Quark und Antiquark bzw. drei Quarks zusammen. i Nur zu Prüfzwecken fzw – Eigentum des Verlags öbv