Antimaterie:

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 Antimaterie besteht aus Antiteilchen. Die Antiteilchen gibt es zu jedem bekannten Teilchen. Bei elektrisch geladenen Teilchen hat das Antiteilchen immer eine entgegengesetzte Ladung. Als Symbole für die Antiteilchen nimmt man das Symbol des jeweiligen Teilchen mit einem Querstrich darüber. (Einzige Ausnahme: Das Antiteilchen des Elektrons, das Positron, wird mit e+ bezeichnet.)
Theoretisch kann man Antiteilchen erzeugen und damit Antimaterie herstellen. Es verhält sich jedoch in der Natur, die ja aus Materie und nicht aus Antimaterie aufgebaut ist, so, daß, wenn sich Teilchen und Antiteilchen treffen, diese sich gegenseitig vernichten. Das ist auch der Grund, warum man in der Natur keine Antimaterie vorfindet. Der Grund, warum unsere Welt aus Materie und nicht aus Antimaterie besteht, vermuten die Wissenschaftler in einem Überschuß an Materie im Anfang des Universums, wodurch alle Antimaterie mit Materie reagierte und vollständig vernichtet wurde. Heute kann man in künstlichen Umgebungen zum Beispiel Antiwasserstoff herstellen. Sobald diese künstlichen Bedingungen jedoch nicht mehr bestehen, existiert auch kein Antiwasserstoff mehr.

Atom:

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 Atome (griech. atomos = unteilbar) bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle. Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der Atommasse enthalten. Um sich die Größenverhälnisse von Atomkern zum gesamten Atom vorstellen zu können, kann man sich dies folgendermaßen in unserer makroskopischen Welt vorstellen:
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 10-10m groß.

Atomhülle:

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 Die Atomhülle besteht aus Elektronen, die sich um den Atomkern herum bewegen. Die Elementzugehörigkeit des Atoms bestimmt, wieviele Elektronen sich in der Atomhülle befinden. Die Elektronen sind im Vergleich zum Atomkern auf einem sehr großen Raum verteilt.

Atomkern:

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 Der Atomkern besteht aus den positiv geladenen Protonen und den elektrisch neutralen Neutronen. Man bezeichnet die Protonen und Neutronen als Nukleonen (vgl. lat. Nukleon = Kern), d.h. als Kernbausteine. Der Atomkern hat in etwa einen Durchmesser von 10-14m und vereinigt mehr als 99% der gesamten Atommasse in sich.
Die Elementenzugehörigkeit des Atoms gibt vor, welche elektrische Ladung der Atomkern haben muß, d.h. die Anzahl der Protonen ist vorgegeben. Die Anzahl der Neutronen ist jedoch nicht fest vorgegeben und schwankt um die Zahl der Protonen. Je nach Anzahl der Neutronen, also der Nukleonenanzahl im Kern, hat man verschieden schwere Atomkerne. Diese unterschiedlichen Variationen eines chemischen Elementes bezeichnet man als Isotope.

Atomphysik:

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 In der Atomphysik wird die innere Struktur der Atome untersucht. Dabei wird das Atom als aus Atomhülle und Atomkern aufgebaut betrachtet. Der Atomkern wird in der Atomphysik als unteilbar betrachtet. Die meisten Effekte in der Atomphysik lassen sich verstehen, wenn man die Elektronen der Atomhülle und den Atomkern als elementare Gebilde betrachtet.

Detektor:

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 Detektoren sind die Nachweisbereiche von Teilchenbeschleunigeranlagen. In ihrem Inneren befinden sich die Targets, auf die die im Beschleuniger beschleunigen Teilchen treffen, oder zwei entgegengesetzt beschleunigte Teilchenstrahlen treffen dort aufeinander.
Detektoren sind aus mehrerern Schichten konzentrisch um die Teilchenbahn aufgebaut. Es gibt z.B. eine Schicht, um elektrisch geladene Teilchen nachweisen zu können, oder eine Schicht ganz nah am Ort der Reaktionen, um kurzlebige Teilchen nachweisen zu können und weiter außen liegende Schichten, um langlebige Teilchen erkennen zu können.

Durchdringungsvermögen:

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 Als Durchdringungsvermögen bezeichnet man im Zusammenhang mit der Radioaktivität die Fähigkeit radioaktiver Strahlung, in Materie einzudringen oder gar durch sie hindurch zu fliegen. Hierbei hat die Alpha-Strahlung das geringste Durchdringungsvermögen: sie wird schon durch ein Blatt Papier vollkommen abgeschirmt. Dagegen hat die Gamma-Strahlung das größte Durchdringungsvermögen: sie kann praktisch durch kein Material abgeschirmt werden, sogar durch dicke Bleischichten fliegt sie ungehindert durch.

elektromagnetische
Strahlung:

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Als elektromagnetische Strahlung bezeichnet man alle Strahlung, die aus Photonen besteht. Zu ihr gehört das sichtbare Licht, die Radio- und Fernsehstrahlung, die Röntgen- und die Gammastrahlung, die Mikrowellenstrahlung und einige andere mehr. All diese Strahlungen unterscheiden sich nur durch ihre Wellenlänge, da elektromagnetische Strahlung genauso wie Teilchenstrahlung neben ihren Teilcheneigenschaften (Photonen) auch Welleneigenschaften hat. Damit unterscheiden sich die einzelnen elektromagnetischen Strahlungsarten in ihrer Energie, denn kürzere Wellenlänge bedeutet größere Energie der Photonen.

Elektron:

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 Das Elektron (griech. Bernstein) ist das negativ geladene Teilchen der Atomhülle, der 1897 von J.J. Thomson entdeckt wurde. Es hat die elektrische Ladung von -1, d.h. eine negative Elektronenladung, bzw. 1,6*10-19 Coulomb und gilt als Elementarteilchen, weil es unteilbar ist. Zudem ist es stabil.
Da es zum Aufbau unserer Welt durch seine Zugehörigkeit zum Atom entscheidend beiträgt, bezeichnet man es als Baustein der Materie.

Elementarteilchen:

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 Als Elementarteilchen bezeichnet man solche Teilchen, die nach bisherigen Erkenntnissen keine innere Struktur besitzen, d.h. sie sind als unteilbar anzusehen. Zu ihnen gehören die 6 Quarks, 6 Antiquarks sowie die 6 Leptonen und 6 Antileptonen.

Höhenstrahlung:

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 Als Höhenstrahlung bezeichnet man die Strahung von Teilchen aus dem Kosmos, die unsere Erde ständig treffen. Man könnte dies als "Teilchenwind" bezeichnen. Dabei handelt es sich unter anderem um Protonen unbekannter Herkunft und Neutrinos, die von der Sonne her auf unsere Erde treffen. Diese Teilchen heißen Primärteilchen, da sie diejenigen sind, die auf die Atmosphäre treffen. Die Neutrinos durchqueren meist ungehindert die Erde und ihre Atomsphäre. So durchschießen auf Meereshöhe Unmengen von ihnen pro Sekunde den Kopf eines Menschen.
Die Protonen reagieren, wenn sie auf die Erdatmosphäre treffen, mit den Luftmolekülen in der Atomsphäre und lassen sogenanne Sekundärteilchen entstehen. Zu diesen Sekundärteilchen gehört u.a. das Positron, das positiv geladene Antiteilchen des Elektrons.

Kernphysik:

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 In der Kernphysik werden - im Gegenteil zu der Atomphysik - die Atomkerne nicht als unteilbar angesehen. Sie gelten dort als aus Nukleonen, den Kernbausteinen, zusammengesetzt. Die Nukleonen sind die elektrisch positiv geladenen Protonen und die etwa gleich schweren, elektrisch neutralen Neutronen.
In der Kernphysik werden die Elektronen der Atomhülle sowie die Protonen und Neutronen des Atomkerns als elementare Teilchen angesehen.

Leptonen:

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 Die Leptonen sind die Teilchen, die von der schwachen Wechselwirkung betroffen sind. Es handelt sich bei ihnen um das Elektron, das Myon, das Tau und zu jedem Teilchen jeweils ein Neutrino. Damit umfaßt die Gruppe der Leptonen 6 Teilchen, wenn man ihre Antiteilchen dazu zählt, sogar um 12 Teilchen.

Lichtgeschwindigkeit:

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 Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante. Sie gibt an, wie schnell sich Licht im luftleeren Raum maximal fortbewegen kann. Sie beträgt 299792458 m/s. Das heißt, daß Licht legt im Mittel 299792,458 km pro Sekunde zurück.
Weitere Informationen über die Entdeckung und Messung der Lichtgeschwindigkeit kann man unter anderem auf folgender Webseite finden: http://www.ebgymhollabrunn.ac.at/ipin/ph-chist.htm

Masseenergie:

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Wird ein Teilchen beschleunigt, so gewinnt es erst einmal Bewegungsenergie. Doch jedes Teilchen kann maximal annähernd mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, schneller nicht.
Wenn dem Teilchen noch mehr Energie zugeführt wird, so speichert es diese in Form von sogenannter Masseenergie. Dies kann man an der Einsteinschen Formel

E = mc2

erkennen, wo die Energie E und die Masse m äquivalent zueinander sind, wenn man die Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat aus der Formel herauskürzen würde:

E äquivalent zu m

Molekül:

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 Als Molekül bezeichnet man die Verbindung mehrerer Atome. So ist z.B. Wasser eine Verbindung von zwei Wasserstoffatomen mit einem Sauerstoffatom (in Zeichen: H2O). Die Größenordnung von Molekülen ist etwa 10-9m.

Myon:

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 Das Myon zählt zu er Gruppe der Leptonen. Es gehört hier zur 2.Generation, hat die gleiche Ladung wie das Elektron, nämlich -1, und kann daher als schweres Elektron bezeichnet werden.
Das Myon ist nicht stabil sondern zerfällt in einer Zeit von 10-6s. Es zerfällt nach dieser Zeit in ein Elektron, ein Elektron-Antineutrino und ein Myon-Neutrino.
Myonen entstehen z.B. in den oberen Luftschichten der Erdatmosphäre aus der kosmischen Höhenstrahlung. Wegen ihrer relativ kurzen Lebensdauer erreichen aber nur recht selten Myonen die Erdoberfläche.

Neutrino:

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Unter dem Begriff Neutrino haben wir in unserer Teilchentour meist der Einfachheit halber das Elektron-Neutrino verstanden. Dabei handelt es sich um ein fast masseloses, elektrisch neutrales Teilchen, das zum Beispiel beim radioaktiven ß-Zerfall auftritt.
Wenn man sich die Gesamtheit aller Urbausteine anschaut, hat man aber noch zwei weitere Neutrinos: das Myon-Neutrino und das Tau-Neutrino. Zudem gibt es zu allen drei Neutrinos noch Antiteilchen, also Antineutrinos.
Allen sechs Neutrinos haben die Gemeinsamkeit, keine elektrische Ladung und nur sehr kleine Massen zu haben. Dies ermöglicht ihnen, mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu fliegen. Auf diese Geschwindigkeiten werden sie durch die schwache Wechselwirkung beschleunigt. Neutrinos können mühelos die ganze Erde durchfliegen und durchschießen auch, wenn sie z.B. von der Sonne auf die Erde fliegen, jede Sekunde in großen Zahlen den menschlichen Körper. Dabei sind sie jedoch vollkommen ungefährlich.

Neutron:

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 Bei dem Neutron handelt es sich um einen der beiden Kernbausteine des Atomkerns. Das Neutron ist, wie der Name schon vermuten läßt, elektrisch neutral. Es hat eine Ruhemasse von etwa 938 MeV und ist nur innerhalb des Atomkerns stabil. Außerhalb des Kerns zerfällt es innerhalb von ca. 17 Minuten. Dabei zerfällt es in ein Proton, den elektrisch positiv geladenen Kernbaustein, sowie in ein Elektron und ein Elektron-Anitneutrino.
Das Neutron ist kein Elementarteilchen, da es aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark aufgebaut ist.

Nukleonen:

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 Als Nukleonen bezeichnet man die Kernbausteine, d.h. die elektrisch positiv geladenen Protonen und die elektrisch neutralen Neutronen. Der Name Nukleon kommt von dem griechischen Wort für Kern, nukleos. Nukleon heißt so viel wie Kernbaustein.

Photon:

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 Als Photon bezeichnet man die sogenannten Lichtteilchen. Sie haben keine Masse und fliegen mit Lichtgeschwindigkeit. Sie sind die Teilchen der elektromagnetischen Strahlung.

Physik:

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 Physik kommt vom griechischen Wort physis, was wiederum dem lateinischen Wort natura entspricht. Natura bedeutet ursprünglich soviel wie "Entstehen und Werden". Damit war die Struktur aller Dinge gemeint, aber auch die Gesamtheit aller Dinge, aus denen das Universum bestand. Der Natur wurde auch die Entstehung und das Werden aller Dinge nach einer festen Ordnung zugesprochen.

Positron:

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 Bei dem Positron handelt es sich um das elektrisch positiv geladene Antiteilchen des Elektrons. Es hat die gleiche Masse wie das Elektron, nämlich 0,511 MeV, eine Ladung von +1, d.h. eine positive Elektronenladung, und ist ebenso wie das Elektron stabil. Das Positronen trotzdem in der Natur so gut wie gar nicht auftauchen, liegt daran, daß jedes Positron irgendwo ein Elektron findet, und sich mit diesem zu Strahlung vernichtet.

Proton:

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 Das Proton ist der positiv geladene Baustein der Atomkerne. Er ist stabil und hat eine Ladung von +1, d.h. eine positive Elektronenladung. Seine Masse beträgt etwa 938 MeV.
Das Proton wurde in den 20er Jahren des 20.Jahrhunderts von J.J.Thomson, dem Entdecker des Elektrons, entdeckt.
Betrachtet man das Proton im Quarkmodell, d.h. nicht als elementar sondern aus noch kleineren Teilchen aufgebaut, so besteht es aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark.

Quarks:

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Bei den Quarks handelt es sich um eine Gruppe der Urbausteine des Universums. Man teilt diese Gruppe in drei Generationen auf. Von diesen ist jedoch nur die 1.Generation für den Aufbau der stabilen Materie, die uns umgibt, verantwortlich. Es handelt sich bei den beiden Quarks der 1.Generation um das Up-Quark und das Down-Quark sowie deren Antiteilchen. In den beiden anderen Generationen gibt es das Charme-Quark, das Strange-Quark, das Top-Quark, das Bottom-Quark sowie jeweils deren Antiteilchen. Damit besteht die Gruppe der Quarks aus 6 Teilchen und 6 Antiteilchen.
Allen Quarks ist gemeinsam, daß sie Drittelladungen haben, d.h. 1/3 oder 2/3 der Elektronenladung. Welches Vorzeichen die Ladungen jeweils haben, hängt davon ab, um welches Quark es sich handelt.
WICHTIG: Quarks kommen nicht frei vor, sondern immer nur in Dreier- oder Zweierkombinationen!!!
Als Dreierkombination ergeben das Up- und das Down-Quark z.B. die Nukleonen.

Reichweite:

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 Als Reichweite bezeichnet man bei der radioaktiven Strahlung die Strecke, die ein Teilchen der Strahlung (also Alpha-, Beta- oder Gammateilchen) in einem Medium zurücklegen kann. Sie reicht zum Beispiel in Luft von einigen Zentimetern für Alpha-Teilchen bis zu praktisch unendlichen Strecken für Gamma-Teilchen. In anderen Medien als Luft ist die Reichweite, abhängig von dem Material, immer kürzer.

Röntgenstrahlung:

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 Als Röntgenstrahlung bezeichnet man einen Teil der elektromagnetischen Strahlung, und zwar den mit der Wellenlänge in Größenordnungen von 10-10m. Mit dieser kurzen Wellenlänge hat man es bei der Röntgenstrahlung mit sehr hochenergetischer Strahlung zu tun, die ein recht großes Durchdringungsvermögen hat. Daher wird sie auch in der Medizin für Röntgenaufnahmen genutzt.
Röntgenstrahlung entsteht, wenn beschleunigte geladene Teilchen, meist Elektronen, plötzlich abgebremst werden. Dabei wird die Energie der Elektronen in Form von energiereichen Photonen freigesetzt. Diese Photonen bezeichnet man dann als Röntgenstrahlung.

Rutherfordscher Streuversuch:

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 Der englische Physiker Ernest Rutherford schoss in einem Versuch positiv geladene Heliumkerne (oder auch a-Teilchen) auf eine sehr dünne Goldfolie und stellte dabei fest, daß fast alle Kerne durch die Folie hindurchflogen.
Bei manchen Heliumkernen stellte er jedoch eine Reflexion oder gar ein Zurückprallen von der Folie fest.
Daraus schloss Rutherford, daß die Goldatome zum größten Teil aus leerem Raum mit einem kleinen, elektrisch positiv geladenen Kern großer Masse in der Mitte bestehen müßten.
Diese Vorstellung festigte sich für alle Atome, so daß eine Modellvorstellung des Atoms entstand, die besagt, daß die Elektronen sich in einem großen leeren Raum um den kleinen, massereichen und positiv geladenen Atomkern herum bewegen.

Standardmodell:

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 Das Standardmodell umfaßt die Aussage, daß aus den Urbausteinen, d.h. den Gruppen der Quarks und Leptonen, und den Urkräften, d.h. den vier fundamentalen Wechselwirkungen und ihren Austauschteilchen, unsere gesamte materielle Welt entstanden ist und besteht.

Szintillationsdetektor:

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Mit einem Szintillationsdetektor kann man Photonen nachweisen. Er ist im Groben so aufgebaut, daß die Photonen auf eine Metallschicht gelenkt werden, aus der sie, wenn sie genug Energie besitzen und mit einem Elektron eines Atoms zusammenstoßen, dieses Elektron aus dem Atom "herausschlagen". In einem Bereich hinter der Metallschicht, einem sogenannten Photomultiplier, werden diese Photonen in elektrischen Feldern beschleunigt. Die elektrischen Felder werden durch sogenannte Elektroden erzeugt, die ebenfalls aus Metall bestehen. Fliegen die Elektronen nun mit einer sehr großen Geschwindigkeit auf eine Elektrode, so schlagen sie ihrerseits wie vorher das Photon Elektronen aus Atomen des Metalls heraus. So werden von Elektrode zu Elektrode (von denen es in so einem Photomuliplier mehrere gibt) immer mehr Elektronen frei. Es wird so etwas wie ein "Elektronenschauer" freigesetzt. Dieser Schauer kann das Signal eines einzigen Photons durch viele Elektronen so verstärken, daß man das Signal schließlich messen und mit einem Computer aufzeichnen kann. Das Lichtsignal wird also in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Der Aufbau eines Szintillationsdetektors sieht schematisch folgendermaßen aus:

 

Target:

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 Als Target bezeichnet man einen Bereich, in dem durch aufgeschossene Teilchen Reaktionen entstehen, die neue Erkenntnisse und Informationen bringen. Targets kommen z.B. in Teilchenbeschleunigern innerhalb der Detektoren vor. Die im Target entstandenen Teilchen können so detektiert werden und so neue Teilchen oder andere interessante Dinge aufdecken.
Targets können aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Es gibt z.B. Targets aus Metall, aus Wasserstoff oder aus Gasen. Außerdem können sie in Form und Dicke variieren.

Teilchenbeschleuniger:

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 Es gibt auf der Welt verschiedene Arten von Teilchenbeschleunigern . Rein äußerlich unterscheidet man zwischen Linearbeschleunigern, in denen Teilchen auf einer geraden Strecke beschleunigt werden, und Ringbeschleunigeranlagen, in denen die Teilchen auf Kreisbahnen beschleunigt werden. Bei den Linearbeschleunigern findet nur eine Beschleunigung vom Anfang bis zum Ende der Anlage statt, bei Ringbeschleunigern können die Teilchen auf eine durch die Vorrichtungen der Anlage festgelegte Geschwindigkeit beschleunigt werden und danach immer weiter zirkulieren.
Allen Beschleunigertypen ist gemeinsam, daß in ihnen elektrisch geladenen Teilchen durch elektrische Felder Energie in Form von Bewegungs- und Massenenergie zugeführt wird, um zum Beispiel Erkenntnisse über die Entstehung und den Aufbau des Universums zu gewinnen. Im allgemeinen macht man an Beschleunigeranlagen Strukturuntersuchungen der beschleunigten Teilchen, oder man versucht neue Teilchen zu erzeugen und diese dann zu untersuchen.
In Teilchenbeschleunigern werden elektrisch geladenen Teilchen durch elektrische Felder beschleunigt und durch magnetische Felder in eine bestimmte Bahn gelenkt. Dabei kann man unterscheiden, ob Teilchen beschleunigt und dann auf ein ruhendes Target schießt, oder ob man entgegengesetzt geladene Teilchen in entgegengesetzter Richtung beschleunigt und dann immer wieder an bestimmten Stellen zur Kollision bringt.
In einem weiteren Teil der Beschleunigeranlagen, den Detektoren, werden dann die Reaktionprodukte der Kollisionen untersucht und daraus neue Erkenntnisse gewonnen.
In Europa gibt es eine große Beschleunigeranlage in Deutschland, das DESY in Hamburg, sowie das CERN, was ein internationales Projekt ist und bei Genf halb auf schweizer, halb auf französischem Gebiet liegt.

Teilchenphysik:

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 In der Teilchenphysik werden - im Gegensatz zur Kernphysik - die Nukleonen des Atomkerns, die Protonen und Neutronen, nicht mehr als unteilbar angesehen. Sie sind aus noch kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks, zusammengesetzt. Damit gilt hier die Materie aus den Elektronen der Atomhülle und den Quarks zusammengesetzt. Diese werden als Bausteine der Natur bezeichnet.
In der Teilchenphysik gibt es noch eine Reihe anderer Teilchen sowie deren Antiteilchen. All diese Teilchen werden in die zwei Gruppen der Quarks und Leptonen eingeteilt. Zusammen mit den Austauschteilchen der 4 Wechselwirkungen bilden sie das Standardmodell.

Wechselwirkungen:

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 Unter dem Begriff Wechselwirkungen sind drei verschiedene Phänomene zusammengefasst: Zerfall, Produktion und Kraft.
In der Teilchenphysik gibt es 4 verschiedene Wechselwirkungen: die starke, die elektromagnetische, die schwache und Gravitations-Wechselwirkung.
Die Wechselwirkungen finden über die sogenannten Austauschteilchen statt. Dabei hat jede Wechselwirkung ihre eigenen Austauschteilchen.

Welle:

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 Als Welle bezeichnet man in der Physik die periodische Schwingbewegung eines Materials. Z.B. kann eine Wasseroberfläche gewellt sein. Hat man eine solche gleichmäßige Schwingbewegung, so kann man gewisse Eigenschaften der Welle definieren, z.B. ihre Wellenlänge, die Geschwindigkeit, mit der sie schwingt oder mit der sie sich fortbewegt. Als Welle kann man z.B. den Graphen der Sinus- oder der Kosinusfunktion ansehen.
Es gibt unterschiedliche Arten von Wellen. Es gibt Querwellen, bei denen die Welle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt, und Längswellen, bei denen die Welle in die gleiche Richtung schwingt, in der sie sich ausbreitet. s

Wellenlänge:

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 Als Wellenlänge bezeichnet man den Abstand zwischen zwei Wellenbergen mit einem dazwischen liegenden Wellental, oder, was das gleiche ist, den Abstand zwischen zwei Wellentälern mit einem dazwischen liegenden Wellenberg. Für elektromagnetische Wellen reichen die Wellenlängen von einer Größenordnung von 102m bis 10-12m.

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