Wie heißen die vier Kräfte?

Es gibt vielfältige Kraftwirkungen, von denen Du auch schon einige kennengelernt hast. Alle diese Kräfte werden in der Teilchenphysik auf vier fundamentale Kräfte zurückgeführt, die in der Reihenfolge abnehmender Stärke wie folgt lauten:

• starke Kraft
• elektromagnetische Kraft
• schwache Kraft
• Schwerkraft

Fundamental heißen diese Kräfte, da, wie schon gesagt, alle Kraftwirkungen in der Natur auf diese vier Kräfte zurückgeführt werden können. Z.B. können die Kräfte zwischen Molekülen oder Kontaktkräfte, Kräfte durch Seilspannungen oder Federkräfte vollständig auf elektromagnetische Kräfte zurückgeführt werden.

Wo wirken die vier Kräfte?

Die vier Kräfte wirken zwischen den Teilchen, die eine entsprechende Ladung besitzen. Z.B. wirkt die elektromagnetische Kraft zwischen Teilchen, die eine elektrische Ladung besitzen. Entsprechende Ladungen gibt es auch für die anderen drei Kräfte:

• Die schwache Ladung zur schwachen Kraft
• Die elektrische Ladung zur elektromagnetischen Kraft
• Die Farbladung zur starken Kraft
• Die Masse zur Schwerkraft

Die Kräfte wirken nur auf diejenigen Teilchen, die auch die entsprechende Ladung besitzen.

Welche Teilchen besitzen welche Ladungsarten?



Die schwache Ladung besitzen alle Bausteine, dementsprechend wirkt auch zwischen allen Bausteinen die schwache Kraft.

Elektrische Ladungen haben von den Urbausteinen der Materie das Up- und das Down-Quark sowie das Elektron. Das Neutrino besitzt keine elektrische Ladung, daher kann auf dieses auch keine elektromagnetische Kraft wirken wie auf die anderen drei Urbausteine.

Die Farbladung haben nur die Quarks und die Austauschteilchen der starken Kraft, die Gluonen, daher kann die starke Kraft auch nur zwischen diesen wirken.

Eine Masse haben fast alle Teilchen. Die Schwerkraft wirkt jedoch auf die Urbausteine so gut wie gar nicht, da sie viel zu leicht sind. Daher spielt sie in der Teilchenphysik auch keine Rolle.

Welche Ladung besitzen die einzelnen Urbausteine der Materie?

Was versteht man unter der schwachen Kraft & der schwachen Ladung? Was versteht man unter der elektromagnetischen Kraft & der elektrischen Ladung? Was versteht man unter der starken Kraft & der Farbladung? Was versteht man unter der Schwerkraft & der Masse?

Auf diese Fragen gibt es auf der nächsten Seite Austauschteilchen eine Antwort, da zuerst geklärt werden muß, wie Kräfte übertragen werden.

Was sind die vier fundamentalen Wechselwirkungen?

Es gibt insgesamt vier fundamentale Wechselwirkungen:

Die starke Wechselwirkung
Die elektromagnetische Wechselwirkung
Die schwache Wechselwirkung
Die Gravitation

Fundamental werden sie genannt, da auf sie alle bisher bekannten physikalischen Geschehnisse zurückzuführen sind, insbesondere die in der Teilchenphysik.

Welche Wechselwirkung stattfindet und ob überhaupt eine stattfindet, hängt von mehreren Erhaltungssätzen ab:

• Energieerhaltung
• Impulserhaltung
• Drehimpulserhaltung
• Ladungserhaltung
• Erhaltung der Baryonenzahl
• Erhaltung der Leptonenzahl

Von all diesen Erhaltungssätzen wirst Du nur den Energieerhaltungssatz kennen.
Die Impulserhaltung hängt mit der Geschwindigkeit der Teilchen zusammen, die vor und nach einer Wechselwirkung in der Summe gleich bleiben muß. Dies gilt so allerdings nur, wenn die Masseenergie konstant bleibt.
Ähnliches gilt für die Drehimpulserhaltung.
Die Ladungserhaltung sagt nur aus, daß alle Ladungen der Reaktionspartner vor einer Wechselwirkung gleich aller Ladungen der Reaktionspartner nach der Wechselwirkung sein müssen.
Die Erhaltung der Baryonen- und Leptonenzahlen sind spezielle Erhaltungssätze, die für die Teilchenphysik von Bedeutung sind, hier aber nicht erklärt werden können. Die Erhaltung der Leptonenzahl ist aber z.B. beim radioaktiven ß-Zerfall, der später noch näher behandelt werden wird, dafür verantwortlich, daß man als Endprodukt unter anderem ein Antineutrino und kein Neutrino erhält.

Die fundamentalen Wechselwirkungen bewirken drei verschiedene Phänomene:

1.) Kraft zwischen Teilchen
2.) Produktion vorn Teilchen
3.) Zerfall von Teilchen (Radioaktivität)

Die vier Urkräfte sind also Teil der fundamentalen Wechselwirkungen.

Genauso wie bei den Kräften geschieht die Produktion und und der Zerfall über sogenannte Austauschteilchen. Worum es sich bei diesen Austauschteilchen handelt und die Wechselwirkungen mit ihnen von statten gehen, kannst Du auf der nächsten Seite Austauschteilchen erfahren.

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