Kapitel 6
Das Standardmodell der Teilchenphysik

4  Was ist ein Teilchen?

Zusammenfassung des Buchkapitels:

Der Teilchenbegriff der modernen Physik hat sich im Laufe der Zeit deutlich vom intuitiven Teilchenbegriff entfernt. Hier einige Gedanken aus dem Buchkapitel dazu:

• Je tiefer man in die Struktur der Materie eindringt, umso stärker werden die dort wirkenden Kräfte und Bindungsenergien. Diese Bindungsenergien tragen immer mehr zur Gesamtmasse des Systems bei. Das Bild, dass Systeme additiv aus kleineren Teilchen aufgebaut sind, ist zu einfach. Quarks und Gluonen können noch nicht einmal mehr als freie Teilchen existieren.

• In der Quantentheorie verändert sich der Teilchenbegriff: Es gibt keine Teilchenflugbahn mehr. Teilchen gleichen Typs können ununterscheidbar sein. Teilchen eines Vielteilchensystems sind ggf. nicht mehr als in Raum und Zeit voneinander trennbare individuelle Objekte beschreibbar.

• Die relativistische Quantenfeldtheorie schränkt den Ortsbegriff für Teilchen ein. Teilchen können nun erzeugt und vernichtet werden. Sie erlaubt neben reellen auch virtuelle Teilchen. Das Vakuum ist ein fluktuierender See virtueller Teilchen. Auch ein freies Teilchen ist immer von einer Wolke virtueller Teilchen umgeben.

• In der relativistischen Quantenfeldtheorie nimmt ein beschleunigter Beobachter im Vakuum reale Teilchen wahr (nämlich eine Wärmestrahlung mit einer Temperatur, die proportional zur Beschleunigung ist), ein unbeschleunigter Beobachter dagegen nicht. Man bezeichnet das als Unruh-Effekt (siehe auch Entropie, Kapitel 3: Die Entropie schwarzer Löcher). Teilchen scheinen in diesem Sinne keine unabhängig existierenden Objekte mehr zu sein.

Materie besteht also weder aus einem Kontinuum noch aus Teilchen im intuitiven Sinne. Sie ist ein komplexes Gewebe aus Teilchen-Quantenwellen, Energie und vermutlich sogar Raum und Zeit (man denke an den Unruh-Effekt).

Literatur:

• Falkenburg: Was ist ein Teilchen?, Physikalische Blätter 49 (1993) Nr. 5. – Stellt die Aspekte des Teilchenbegriffs im Lichte der verschiedenen physikalischen Theorien (Newtonsche Mechanik, nichtrelativistische Quantenmechanik, relativistische Quantenfeldtheorie, Gruppentheorie) dar.