Elementarteilchen

Elementarteilchen sind unteilbare subatomare Teilchen und die kleinsten bekannten Bausteine der Materie. Aus der Sicht der theoretischen Physik sind sie die geringsten Anregungsstufen bestimmter Felder. Nach dem heutigen durch Experimente gesicherten Wissen, das im Standardmodell der Elementarteilchenphysik zusammengefasst ist, gibt es

• 6 Arten Quarks mit je drei verschiedenen Farbladungen,
• 6 Arten Leptonen, und zwar drei geladene Leptonen und drei Neutrinos,
• 12 Arten Eichbosonen, nämlich
  • das Photon für die elektromagnetische Wechselwirkung,
  • 8 Gluonen für die Starke Wechselwirkung,
  • 3 Bosonen (Z⁰, W⁺, W^-) für die Schwache Wechselwirkung
• und das Higgs-Boson.

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Dies ergibt zunächst 37 Elementarteilchen. Hinzu kommen Antiteilchen: 18 Anti-Quarks und 6 Anti-Leptonen.[Anm. 1] Bei den 8 Gluonen sind deren Antiteilchen bereits eingeschlossen. Die Teilchen Photon, Z⁰ und Higgs-Boson sind jeweils ihr eigenes Antiteilchen und W⁺ / W⁻ sind ihre gegenseitigen Antiteilchen. In dieser Zählung ergeben sich also insgesamt 61 Arten von Elementarteilchen.

Die Materie und die Kraft- und Strahlungsfelder der starken, der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung bestehen aus diesen Teilchen in verschiedenen Zusammensetzungen und Zuständen. Beim Gravitationsfeld und den Gravitationswellen sind die zugrundeliegenden Teilchen – die Gravitonen (G) – bislang hypothetisch, bei der Dunklen Materie sind sie noch völlig unbekannt.

Die genannten Teilchen sind klein in dem Sinne,

• dass man aus Experimenten noch keinerlei Anhaltspunkte für einen von Null verschiedenen Durchmesser gewinnen konnte. Theoretisch werden sie daher als punktförmig angenommen.
• dass sie nach heutigem Wissensstand nicht aus noch kleineren Untereinheiten zusammengesetzt sind.
• dass selbst ein kleines Objekt des Alltagslebens bereits Trilliarden (10²¹) dieser Teilchen enthält. Zum Beispiel besteht bereits ein Stecknadelkopf aus größenordnungsmäßig 10²² Elektronen und 10²³ Quarks.

Alle Elementarteilchen zeigen die Eigenschaft, dass sie (unter Einhaltung bestimmter Erhaltungssätze) erzeugt und vernichtet werden können.