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Das Standardmodell

Die aktuelle Theorie – Standardmodell genannt – fasst das Verständnis dieses Fachgebiets zusammen und beschreibt die Wechselwirkungen zwischen den elementaren Teilchen, die in drei Familien (auch als Generationen bezeichnet) gegliedert sind und sich aus sechs Quarks und sechs Leptonen zusammensetzen. Dies kannst Du in der nachfolgenden Abbildung sehen.

Die elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung werden durch Austauschteilchen vermittelt. Sie sind durch grundlegende Symmetrien erschaffen wurden, die sich auf Erhaltungssätze im Universum begründen.

Bei hohen Energien werden die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung durch eine vereinheitlichte elektroschwache Wechselwirkung beschrieben. Durch die massereichen W- und Z-Bosonen hat die schwache Wechselwirkung eine sehr kurze Reichweite. Die schwache Ladung, welche uns im Gegensatz zur elektrischen Ladung nicht zugänglich ist, bleibt nicht erhalten.

Die vierte bekannte Grundkraft, die Gravitation, spielt im Mikrokosmos keine Rolle.

Leptonen können eine elektrische Ladung tragen (e-, μ-, τ-), sie spüren die elektromagnetische und die schwache Kraft. Elektrisch neutrale Leptonen (Neutrinos: νe, νμ, ντ), wechselwirken nur über die schwache Kraft. Quarks spüren alle drei Wechselwirkungen. In der Natur gibt es keine freien Quarks, sondern nur gebundene Zustände, die sogenannten Hadronen, zu denen das Proton und das Neutron zählen.

Würde man in dieser Theorie den Elementarteilchen die Eigenschaft Masse verleihen, führte dies automatisch zu einem Symmetriebruch in der schwachen Wechselwirkung. Dadurch würde die Theorie unvorhersagbar werden. Um dies zu verhindern wird der Higgs-Mechanismus eingeführt. Dieser bricht durch Einführung eines neues Feldes (Higgs-Feld genannt), welches das Vakuum durchsetzt und lediglich schwache Ladung trägt, spontan die Symmetrie. Teilchen, die schwache Ladung tragen (W- und Z-Bosonen, Quarks, Leptonen und das Higgs-Teilchen (H), welches mit dem Higgs-Feld verbunden ist) werden durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld massiv und breiten sich dadurch mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Lichtgeschwindigkeit aus. Die Masse des Higgs-Bosons, mH, wird durch den Higgs-Mechanismus nicht vorhergesagt.

Die LHC-Experimente ATLAS und CMS haben im Jahr 2012 ein neues Teilchen entdeckt, welches mit dem Higgs-Boson vereinbar ist. Seine Masse beträgt ungefähr 125 GeV.

Während am CERN die Wissenschaftler weiterhin das Higgs-Teilchen untersuchen, um zu überprüfen, ob seine Eigenschaften exakt zu den Vorhersagen durch das Standardmodell passen, hast Du mit dem Z-Pfad die Möglichkeit, das Higgs-Teilchen zu suchen und zu finden, genau wie es die Wissenschaftler vor einigen Jahren taten.