HomePublic engagementActivities for SchoolsParticle Physics for youWas ist Teilchenphysik?Atome und TeilchenAtome und Teilchen

Teilchenphysik ist eine Reise in das Herz der Materie.

Alles im Universum, von Sternen und Planeten bis hin zu Ihnen und dem Stuhl, auf dem Sie sitzen, besteht aus den gleichen Grundbausteinen – den Teilchen der Materie. Einige Teilchen wurden zuletzt nur Milliardstel Sekunden nach dem Urknall gesehen. Andere bilden den größten Teil der Materie, die uns heute umgibt.

Die Teilchenphysik untersucht diese sehr kleinen Bausteinteilchen und findet heraus, wie sie zusammenwirken, damit das Universum so aussieht und sich so verhält, wie es aussieht.

Wie klein ist klein?

Wirklich klein….

Denken Sie an die Breite eines menschlichen Haares, eines der kleinsten Dinge, die wir sehen können – zwanzig davon nebeneinander passen auf einen Millimeter.

Wenn wir mit einem Mikroskop in das Innere eines Haares schauen, sehen wir Zellen, die aus Molekülen gebildet werden. Jedes Molekül setzt sich aus einer Ansammlung von Atomen zusammen. Wir wissen, dass alles aus verschiedenen Arten von Atomen gebildet wird und dass Atome wirklich klein sind – auf ein menschliches Haar passen hunderttausend von ihnen.

Aber die Teilchenphysik hört hier nicht auf – wir können direkt in das Innere des Atoms sehen.

Wir sehen, dass Atome aus einem Kern bestehen, der zehntausendmal kleiner ist als das Atom, umgeben von einer Wolke von Elektronen. Der Kern ist eine Ansammlung von Teilchen, die Protonen und Neutronen genannt werden. Und innerhalb der Protonen und Neutronen finden wir Teilchen, die Quarks genannt werden. Quarks sind so klein, dass wir bisher nicht messen konnten, wie groß sie sind – wir wissen nur, dass sie mindestens zehntausendmal kleiner sind als der Kern. Sie sind so klein, dass wir sie in unseren Theorien wie mathematische Nadelstiche behandeln.

Die Verkleinerung des Maßstabs von einem Menschen auf ein fundamentales Teilchen wie ein Quark oder ein Elektron ist so, als würde man den Durchmesser der ganzen Erde auf die Größe einer 5p-Münze schrumpfen. Und dann schrumpft der 5er wieder um den gleichen Betrag. Das ist es, was wir mit wirklich klein meinen.

Wie machen wir Teilchenphysik?

Wir stellen die Bedingungen kurz nach dem Urknall nach, als Teilchen frei durch das Universum wanderten. Das tun wir mit leistungsstarken Teilchenbeschleunigern, die Teilchen bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und zusammenschmettern. Teilchenphysiker schauen sich dann an, was bei den hochenergetischen Kollisionen passiert.

Teilchenphysik ist ein bisschen so, als würde man versuchen herauszufinden, wie eine Uhr funktioniert, indem man zwei sehr teure Schweizer Uhren zusammenschlägt und dann lernt, sie aus all den Glasscherben, Zahnrädern und Federn wieder zusammenzusetzen. Anstelle von Schweizer Uhren verwenden wir Teilchen, die so klein sind, dass etwa zehntausend Millionen von ihnen auf ein Zifferblatt passen, und trotz ihrer winzigen Größe haben die Kollisionen zwischen diesen Teilchen so viel Energie wie ein großes Flugzeug, das abhebt!

Was ist Teilchenphysik?

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