Es wird vermutet, dass Masse in der Physik durch das soge- nannte Higgs-Feld vermittelt wird. Je stärker ein Teilchen mit dem Higgs-Feld reagiert, umso mehr Masse hat es und umso leichter kann es das Higgs-Feld in Schwingung versetzen. Die- se Schwingungen erzeugen die Higgs-Teilchen, die nach fast 50 Jahren Suche 2012 am CERN entdeckt wurden. Bausteine der Welt Was die Welt zusammenhält BAUPLAN KOSMOSª Gravitation Die Einstein’sche Relativitäts- theorie beschreibt die Gravita- tion perfekt. Alle experimentellen Tests habe dies bisher bestätigt. Demnach ist Gravitation eine Eigenschaft der Geometrie von Raum und Zeit. Materie krümmt die Raumzeit, was die Bewe- gung der Materie beeinflusst. Diese Theorie ist keine Quanten- theorie. An einer Quantentheorie der Gravitation (die es geben muss) wird intensiv geforscht. Gluonen (g), die Austausch- teilchen der starken Kraft, wurden 1978 am PETRA- Beschleuniger am DESY entdeckt. Sie wirken wie Klebstoff und halten die Quarks im Proton zusammen. Obwohl die Gravitation die schwächste der vier Kräfte in der Natur ist, ist sie die im All- tag bekannteste. Sie bewirkt die gegenseitige Anziehung von Massen (Gewichtskraft) und den Zusammenhalt von Planeten- systemen und Galaxien. Photonen (γ) sind die Austausch- teilchen der elektromagnetischen Kraft. Sie wirkt auf alle Teilchen, die geladen sind. Als sichtbares Licht sind Photonen jedem be- kannt. Die elektromagnetische Kraft erzeugt Phänomene wie Licht, Elektrizität und Magnetismus. Die schwache Kraft wird über den Austausch von W- und Z-Bosonen vermittelt. 1983 wurden Bosonen am CERN entdeckt. Durch Prozesse bei denen die schwache Kraft wirkt, leuchtet die Sonne. Noch in den 1930er Jahren kann- te man lediglich drei elementare Bausteine der Materie: Protonen, Neutronen und Elektronen. Spä- ter wurden in der kosmischen Strahlung und in Experimenten an Beschleunigern hunderte neuer Teilchen entdeckt. Nach heutigem Wissen sind die ele- mentaren Bausteine die Quarks und die Leptonen. Aus diesen setzen sich alle weiteren, zuvor entdeckten Teilchen und die gesamte Materie zusammen. Die Wechselwirkung von Ele- mentarteilchen wird in Quanten- theorien durch den Austausch von Teilchen beschrieben, Zerfall und Produktion von Materieteil- chen, wie auch Kräfte zwischen ihnen werden durch Austausch- teilchen vermittelt. Heute wer- den drei der vier fundamentalen Kräfte (die elektromagnetische, starke und schwache Kraft) durch Teilchenaustausch mit Quantentheorien beschrieben. Elektromagnetische Kraft Schwache Kraft Starke Kraft Gravitationskraft H Higgs 1/100 000 000 000 000 000 000 000 1/10 000 000 1/10 1/10 000 1/10 1/1000 10 21 m Galaxie > 0,01 m Kristall 10 -9 m Molekül 10 -10 m Atom 10 -14 m Atomkern 10 -15 m Proton < 10 -18 m Elektron/Quark < Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft u c t Photon γ Gluon g Z-Boson Z W-Boson W Elektron- Neutrino Myon- Neutrino Tau- Neutrino Elektron Myon Tauon Up- Quark Charm- Quark Top- Quark Down- Quark Strange- Quark Bottom- Quark τ μ e v e v μ v τ b s d Austauschteilchen Leptonen Quarks Materieteilchen e - e - e - e - γ w + u d e + υ e u u d d g