Photon und Elektron – was Elementarteilchen sind und wie sie wechselwirken: Die Quantenelektrodynamik

Zusammenfassung

Hier beginnt die Darstellung des einheitlichen, überaus erfolgreichen, aber nicht unmittelbar anschaulichen Bildes, das die Physik entwickelt hat, um sowohl die innerste Beschaffenheit der Materie als auch die fundamentalen Schritte aller ihrer möglichen Prozesse physikalisch zu beschreiben: das Standard-Modell der Elementarteilchen-Physik.

Ausgangspunkt ist der Welle-Teilchen-Dualismus. Erster Meilenstein ist die Behandlung der Erzeugung und Vernichtung der Photonen als Quanten des elektrodynamischen Feldes (1926). Jedoch gab es Absurditäten in Form unendlich großer Zwischenwerte, die erst gegen 1950 beherrschbar wurden. Die dazu entwickelte Bildersprache der Feynman-Diagramme gehört heute zum physikalischen Allgemeinwissen. Dies Kapitel soll von der Struktur dieser Theorie einen ersten Eindruck geben und insbesondere in die Welt der virtuellen Teilchen einführen. In der Quanten-Elektrodynamik ist es das Photon, das in virtuellem Zustand von Ladung zu Ladung fliegt.

Ab etwa 1970 begann sich zu zeigen, dass sich auf diese Weise alle bekannten Teilchen und (mit Ausnahme der Gravitation) alle bekannten Wechselwirkungen und Effekte beschreiben lassen, in der Quanten-Elektrodynamik sogar mit einer Genauigkeit, die in der Physik vorher nie erreicht worden war.