IM TEILCHENZOO: ANTIMATERIE

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
Milliarden Elektronenvolt
Teilchenrennbahnen
N-Strahlen
Radioktive Elemente
Urangeschoße
Radioaktivität

© 2002 Rudolf Öller, Bregenz

Dieses Essay ist auch in den Vorarlberger Nachrichten erschienen.