Die Austauschteilchen

Die Teilchen des Standard-Modells - Austauschteilchen (Spezielle Eigenschaften)

Das Photon (g)

Das Photon (oder g-Quant ) ist das Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Es ist elektrisch ungeladen, hat keine Ruhemasse und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Da es die Ruhemasse 0 hat, besitzt die elektromagnetische Wechselwirkung eine unendliche Reichweite. Das heißt, dass eine elektrische Ladung auf eine andere Ladung auch dann noch eine Kraft

ausübt, wenn diese beliebig weit entfernt ist. Mit steigendem Abstand wird diese Kraft allerdings sehr schnell sehr klein. Die Kraft kann, je nach Ladung, anziehend oder abstoßend sein.
Photonen können nicht direkt miteinander wechselwirken, da sie selbst keine elektrische Ladung tragen.
Je nach Wellenlänge bzw. Energie eines Photons, nennt man es auch Lichtquant, Röntgenquant oder g-Quant .

Elektro-Blitz und Magnet als Symbol für die elektromagnetische WW

Das Gluon

Das Gluon (engl. glue, Klebstoff) ist das Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Gluonen sind elektrisch ungeladen und haben (wahrscheinlich) keine Ruhemasse. Die starke Wechselwirkung koppelt an Teilchen, die Farbladung (kurz Farbe) tragen. Das Gluon selbst trägt eine Farbe und eine Antifarbe. Aus diesem Grund, können die Gluonen auch untereinander stark wechselwirken. Sie können sich zu gebundenen Systemen "zusammenhängen", die man als "Gluonium" oder "Glueballs" (siehe

) bezeichnet. Die starke Wechselwirkung wird durch 8 Gluonen (nicht 9!)

.
Die Reichweite der starken Wechselwirkung entspricht in etwa dem Protonendurchmesser
(ca. 10^-15 m = 1 fm). Den ersten Beweis für die Existenz des Gluons fand man 1979 am PETRA-Speicherring

bei DESY

in Hamburg. Die Abbildung unten zeigt das computergenerierte Detektor- bild, bei dem drei Hadronen-Jets (Strahlenbündel aus Hadronen) zu sehen sind.

die Auswertungsgraphik des ersten Gluon-Nachweises bei DESY

die Auswertungsgraphik des ersten Gluon-Nachweises bei DESY

Bei einer e^--e⁺-Paarvernichtung sind ein Quark-Antiquark-Paar und ein Gluon entstanden. Diese drei Teilchen zerfallen sofort in eine Reihe von Hadronen, die die dargestellten Jets bilden.

ein starker Typ für die starke Wechselwirkung

Grafik links:
DESY, Hamburg

Das W⁺-, W^-- und Z⁰-Boson

Die schwache Wechselwirkung besitzt drei Austauschteilchen, die auch als intermediäre (d.h. vermittelnde) Vektorbosonen bezeichnet werden. Die W⁺-, W^-- und Z⁰-Bosonen haben eine sehr große Masse (ca. 80-fache Protonenmasse!), so dass die schwache Wechselwirkung nur sehr kurzreichweitig ist (nur ca. 10^-18 m). Da das W⁺- und W^--Boson "schwach" geladen sind, können sie auch mit anderen "schwach" geladenen Teilchen und untereinander wechselwirken. Sie wurden aufgrund ihrer hohen Masse erst 1983 entdeckt. Die Abbildung rechts zeigt die computergenerierte Auswertungsgraphik

des ALEPH-Detektors am Cern, in der der Zerfall eines durch e^-- e⁺-Annihilation erzeugten Z⁰-Bosons mit farbig gestalteten Teilchenbahnen innerhalb der kreisförmig angeordneten Detektorsegmente darstellt ist.

Auswertungsgrafik des ALEPH-Detektors am CERN

ein schwacher Typ für die schwache Wechselwirkung

Grafik links:
CERN, Geneva

Das Graviton

Mit dem Namen Graviton wird das Austauschteilchen der Gravitation bezeichnet. Aufgrund der extrem schwachen Kraftwirkung der Gravitation im Verhältnis zu den anderen Wechselwirkungen, ist das Graviton noch nie beobachtet worden (und wird es auch wohl nie werden!). Es ist also ein Teilchen, das theoretisch existieren müsste und bestimmte Eigenschaften, wie Ruhemasse 0, Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit, keine elektrische Ladung und Spin 2 haben müsste.

Da die Stärke der Gravitation von der Masse der beteiligten Teilchen bzw. Körper abhängt, ist die Kraftwirkung auf Teilchen des mikrokopischen Bereichs, z.B. auf das Proton mit einer Masse von m_p = 1,67·10^-27 kg vernachlässigbar gering.

Da es bisher nicht gelungen ist, Gravitation und Quantentheorie zu verbinden, ist das Graviton ein fragwürdiger Begriff. Wir werden die Gravitation daher auch bei unserem Einblick in die Welt der kleinsten Teilchen nicht näher betrachten.