Im Laufe des 19. Jahrhunderts war allmählich klar geworden, dass
alle Dinge des Universums aus Atomen bestehen. 1896 war das Phänomen
der Radioaktivität entdeckt worden, worauf die Physiker spekulierten,
dass die Atome aus noch kleineren Teilchen bestehen könnten. Diese
Ahnung wurde zur Gewissheit, als Ernest Rutherford 1911 den Atomkern entdeckte.
Je kleiner die Teilchen sind, desto größer ist paradoxerweise
ihre Bindungsenergie. Wenn man einen Energieträger wie Kohle verbrennt,
so reagieren ein Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome zu Kohlendioxid.
Dabei wird eine Energie von 10 Elektronenvolt frei. ("Elektronenvolt"
ist in der Teilchenphysik sowohl ein Maß für Energie als auch
für Masse). Die Spaltung von Uran-Atomkernen liefert bereits 200
Millionen Elektronenvolt pro Atom. Zum Vergleich: Die frei werdende Verbrennungsenergie
von 1 Gramm Kohle lässt eine 100 Watt-Glühbirne etwa 1 Minute
lang leuchten. Die Kernspaltungen in einem Gramm Uran ließe die
Birne etwa Tausend Stunden (sechs Wochen) lang strahlen.
In den Dreißigerjahren des 20. Jahrhunderts wurde die Antimaterie
durch den Amerikaner Carl Anderson entdeckt. Das Anti-Elektron erhielt
den Namen "Positron". Später entdeckten und erzeugten die
Physiker mit Hilfe des vom Amerikaner Ernest Lawrence erfundenen Teilchenbeschleunigers
noch andere Partikel. In den Vierzigerjahren kannte man bereits "Myonen",
"Pionen" und andere Teilchen. Als man befürchtete, die
Übersicht über diese als "Teilchenzoo" bezeichnete
Vielfalt zu verlieren, begannen die Physiker die Teilchen in Gruppen einzuteilen.
Heute kennt man viele Winzlinge, die man in Gewichtsklassen zusammenfasst:
Die "Leptonen" (leichte Teilchen) und die "Quarks"
sind die Grundbausteine der Materie. Quarks schließen sich zu Mesonen
(mittelschwere Teilchen) und Hadronen (schwere Teilchen) zusammen. Zu
den Leptonen gehören das Elektron, das Myon, das Tauon und drei dazugehörige
Neutrinoarten: Elektronneutrino, Myonneutrino und Tauneutrino. Jedes dieser
Teilchen kann auch als Antimaterie existieren, also hat jedes Teilchen
sein entsprechendes Antiteilchen. Je 3 Quarks setzen sich unter anderem
zu Protonen und Neutronen zusammen. Es gibt 6 verschiedene Quarkzustände:
up, down, strange, charme, top und bottom. Jedes Quark existiert auch
als Antimaterie und zudem können Quark drei verschiedene "Farben"
annehmen, denen man die Bezeichnungen rot, blau und grün gegeben
hat. So verwirrend die Sache auch aussehen mag, so faszinierend ist die
edle Symmetrie, die hinter diesem Materiemodell steckt. Trotz aller Erkenntnisse
sind noch Fragen offen, die eine gewaltige Maschine namens "LHC"
klären soll.
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CERN
Rudolf Oeller:
Interview zum Buch