Elementarteilchen
Elementarteilchen, subatomare Existenzformen der Materie, die sich unter Berücksichtigung der Erhaltungssätze für Energie, Impuls und bestimmte Quantenzahlen ineinander umwandeln können und die in der Hochenergiephysik (E.-Physik) erforscht werden. Sie sind die kleinsten bisher beobachteten physikal. Objekte und können nicht weiter zerlegt werden. Außer den bekannten Bestandteilen der Atome, den Elektronen, Protonen und Neutronen, sind bei der Untersuchung radioaktiver Zerfälle und der kosm. Strahlung sowie in Teilchenbeschleunigern über 200 weitere, meist sehr schnell zerfallende E. entdeckt worden.Die E. lassen sich unterteilen in Leptonen und Hadronen (zu diesen gehören die Baryonen und Mesonen) sowie in Feldquanten (Austauschteilchen), die elementare Wechselwirkungen vermitteln. Man hält heute die Leptonen und die Quarks für die fundamentalen Bausteine; die Hadronen werden als Kombinationen von Quarks angesehen, wobei Baryonen aus je drei Quarks und/oder Antiquarks, Mesonen aus je einem Quark-Antiquark-Paar gebildet werden. Versuche zur Klärung der Frage, ob auch Quarks noch aus kleineren Einheiten aufgebaut sind, werden z. B. an der Elektron-Proton-Speicherringanlage HERA des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) unternommen. Die Wechselwirkungen zw. den Teilchen werden nach den Vorstellungen der Quantenfeldtheorie durch die Feldquanten der Strahlungsfelder vermittelt. Diese sind die Photonen für die elektromagnet., die intermediären Bosonen für die schwache, die Gluonen für die starke Wechselwirkung und die (hypothet.) Gravitonen für die Gravitationswechselwirkung. Die Feldquanten haben ganzzahligen Spin und sind somit Bosonen, die fundamentalen E. Quarks und Leptonen besitzen dagegen halbzahligen Spin und sind somit Fermionen.Zu jedem Teilchentyp gibt es einen Antiteilchentyp; einige E. sind ihren Antiteilchen gleich. Unter den E. sind nur die Elektronen, Protonen, Neutronen (wenn in Atomkernen gebunden), Photonen und Neutrinos stabil, alle anderen sowie das Neutron im freien Zustand sind unbeständig. Neben diesen langlebigen E. gibt es sehr kurzlebige E. (Lebensdauer < 10^—20 s), die sog. Resonanzen, Teilchen- oder Massenresonanzen. Jedes E. ist durch Masse (Ruhmasse), Spin, (mittlere) Lebensdauer, elektr. Ladung, magnet. Moment und weitere innere Quantenzahlen charakterisiert.Die Entwicklung einer Großen Vereinheitlichten Theorie für alle elementaren Wechselwirkungen ist ein Schwerpunkt der E.-Physik. Erste Schritte dazu sind die Weinberg-Salam-Theorie (sog. Standardmodell), die die elektromagnet. und die schwache zur elektroschwachen Wechselwirkung zusammenfasst, sowie das Konzept der Supersymmetrie und die Superstringtheorie, die eine Verbindung von Fermionen und Bosonen herzustellen versuchen. - Die Erkenntnisse der E.-Physik sind v. a. in der Kosmologie von entscheidender Bedeutung.
▣ Literatur:
Okun, L. B.: Physik der E. A. d. Russ. Berlin 1991.
⃟ Linde, A.: E. u. inflationärer Kosmos. Zur gegenwärtigen Theorienbildung. A. d. Russ. Heidelberg u. a. 1993.
⃟ Kern- u. Elementarteilchenphysik, bearb. v. G. Musiol u. a. Neuausg. Frankfurt am Main u. a. ²1995.
⃟ Ne`eman, Y. u.Kirsh, Y.: Die Teilchenjäger. A. d. Engl. Berlin 1995.