Subatomares Teilchen
Ein subatomares Teilchen ist ein Teilchen, das kleiner als ein Atom ist. Das bedeutet, es ist sehr, sehr klein. Wie Atome und Moleküle ist auch ein subatomares Teilchen viel zu klein, um mit dem bloßen Auge gesehen werden zu können. Es ist auch sehr interessant für Wissenschaftler, die versuchen, Atome besser zu verstehen. Die allgemein untersuchten subatomaren Teilchen sind die wichtigsten, aus denen Atome bestehen: Protonen, Neutronen und Elektronen. Das Studium der subatomaren Teilchen wird Teilchenphysik genannt.
Diese Teilchen werden innerhalb eines Atoms oft durch eine der vier fundamentalen Kräfte (Schwerkraft, elektromagnetische Kraft, starke Kraft oder schwache Kraft) zusammengehalten. Außerhalb des Atoms bewegen sich die Teilchen oft sehr, sehr schnell - nahe der Lichtgeschwindigkeit, die sehr, sehr schnell ist (etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde).
Subatomare Partikel werden in zwei Gruppen unterteilt: Baryonen und Leptone.
Baryonen bestehen aus Quarks, während man annimmt, dass Leptone zu den kleinsten Teilchen, den Elementarteilchen, gehören. Baryonen haben eine bestimmte Baryonzahl. Bei Reaktionen muss die Baryonenzahl konserviert werden, d.h. sowohl die Anfangs- als auch die Endseite einer Reaktion müssen die gleiche Baryonenzahl haben. Baryonische Teilchen setzen sich aus einer Kombination von 3 der sechs Quarks zusammen, die zu den kleinsten Teilchen gehören. Die sechs Quarktypen sind up, down (aus denen sich Protonen und Neutronen zusammensetzen), strange, charm, top und bottom.
Leptonen sind im Allgemeinen viel kleiner als Baryonen. Zu dieser Kategorie gehören Elektronen, Muonen, Taus und Neutrinos. Leptone bestehen nicht aus Quarks und sind nicht teilbar.
Für jeden dieser Typen gibt es auch ein Antiteilchen. Antiteilchen haben die gleiche Masse wie ihre normalen Gegenstücke, außer dass sie die entgegengesetzte elektrische Ladung haben. Antimaterie und Materie können nicht nahe beieinander existieren. Immer wenn Materie und Antimaterie aufeinander prallen, zerstören sie sich gegenseitig mit einer gewaltigen Energiefreisetzung, die E=mc2 entspricht, wobei m die kombinierte Masse der Teilchen, c die Lichtgeschwindigkeit und E die erzeugte Energie ist. Diese Kollisionen finden oft in großen Teilchenbeschleunigern statt, wo die Energie in umgekehrter Richtung mit derselben Gleichung in Materie umgewandelt werden kann. Dabei können viele seltsame, oft schwere (große Masse) Teilchen entstehen, die nur für kurze Zeit existieren.
Die meisten der entdeckten Teilchen entstehen durch die Beschleunigung von Teilchen und deren Zusammenstoß mit anderen, wodurch riesige Schauer von neuen subatomaren Teilchen entstehen, die extrem schnell zerfallen. Da sich die Teilchen jedoch nahe an der Lichtgeschwindigkeit bewegen, werden die Gesetze der Speziellen Relativitätstheorie wichtig und es kommt zu einer Zeitdilatation. Das bedeutet, dass die Zeit für die Teilchen langsamer vergeht, und sie können über eine längere Strecke reisen (und gemessen werden), als die Nicht-Relativitätswissenschaft vorhersagen würde.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein subatomares Teilchen?
A: Ein subatomares Teilchen ist ein Teilchen, das kleiner als ein Atom ist und mit dem bloßen Auge nicht gesehen werden kann.
F: Welche sind die am häufigsten untersuchten subatomaren Teilchen?
A: Die am häufigsten untersuchten subatomaren Teilchen sind Protonen, Neutronen und Elektronen.
F: Welche Kräfte halten die Atome zusammen?
A: Atome werden durch eine der vier Grundkräfte zusammengehalten - Schwerkraft, elektromagnetische Kraft, starke Kraft oder schwache Kraft.
F: Wie schnell bewegen sich subatomare Teilchen?
A: Subatomare Teilchen bewegen sich oft sehr schnell - nahe der Lichtgeschwindigkeit (etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde).
F: Sind Baryonen und Leptonen verschiedene Arten von Teilchen?
A: Ja, Baryonen bestehen aus Quarks, während man annimmt, dass Leptonen zu den kleinsten Teilchen, den sogenannten Elementarteilchen, gehören.
F: Haben Antiteilchen im Vergleich zu ihren normalen Gegenstücken entgegengesetzte elektrische Ladungen?
A: Ja, Antiteilchen haben die gleiche Masse wie ihre normalen Gegenstücke, aber sie haben die entgegengesetzte elektrische Ladung.
F: Was passiert, wenn Materie und Antimaterie zusammenstoßen? A: Wenn Materie und Antimaterie kollidieren, zerstören sie sich gegenseitig mit einer gewaltigen Energiefreisetzung, die E=mc2 entspricht, wobei m die kombinierte Masse der Teilchen, c die Lichtgeschwindigkeit und E die erzeugte Energie ist.
