Zusammenfassung
Zugängliche Definitionen von physikalischen Begriffen sowie nachvollziehbare Formulierungen sind für viele Schülerinnen und Schüler eine Grundvoraussetzung zur Entwicklung physikalischen Verständnisses. In diesem Zusammenhang halten (Rincke und Leisen 2015, S. 651) fest: „Sprache ist kein „Transportmittel“ für Inhalte, sondern ein Konstruktionsmittel für physikalische Verstehens- und Kommunikationsprozesse.“ Unter diesem Gesichtspunkt sehen sie die Notwendigkeit, Entscheidungen zu jedem Fachwort sowie dessen Attribuierungen „genau zu bedenken und auf das didaktische Konzept hin abzustimmen, mit dem gearbeitet werden soll“ (Rincke und Leisen 2015, S. 646).
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Teilweise stehen die in der Fachcommunity verwendeten Begriffe sogar im Widerspruch zu üblicherweise (insbesondere im Physikunterricht) verwendeten Definitionen (siehe Abschn. 6.2.1). Dennoch finden sie leicht den Weg in Lehrbücher, die sich eigentlich an Novizen des Faches richten, was die Annäherung an diese Begriffe zusätzlich erschwert.
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Angemerkt sei, dass diese „Basiskonzepte des Standardmodells“ nicht mit den „Basiskonzepten“ der Bildungsstandards Physik („Energie“, „Materie“ etc.) verwechselt werden dürfen.
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In der physikdidaktischen Literatur betrachten Hacker und Hilscher (2009) die bereits angesprochene überfordernde Begriffsvielfalt zwar ebenfalls als problematisch und weisen auch auf die Bedeutung eines generalisierten Ladungsbegriffes hin, verweisen dann in Unterrichtsvorschlägen jedoch ausschließlich auf Konzepte, denen ein – insbesondere zu Beginn – auf Teilchen fokussierter Unterrichtsgang zugrunde liegt. In der neuesten Auflage von Physikdidaktik – Theorie und Praxis werden „Die fundamentalen Bausteine“, „Die Kräfte im Standardmodell der Teilchenphysik“ und „Offene Fragen in der Teilchenphysik“ als zentrale Themenfelder für den Unterricht angeführt (Schieck 2015, S. 520). Auf die Existenz von starker und schwacher Ladung wird auch hier nur am Rande verwiesen und die Entwicklung der Elementarteilchenphysik in Analogie zur Entwicklung des Periodensystems der Elemente und der Klassifizierung von Teilchen beschrieben (S. 505).
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Hier wurde ein Beispiel aus einem Schulbuch gewählt. Derartige Formulierungen sind aber auch häufig in der wissenschaftlichen Fachliteratur und insbesondere in populärwissenschaftlichen Büchern und Artikeln zu finden.
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Wir verwenden die Bezeichnung Kopplungsparameter statt Kopplungskonstante oder Feinstrukturkonstante, da \(\alpha _{em}\) nicht konstant ist, sondern (genau wie die Kopplungsparameter der starken und schwachen Wechselwirkung) eine logarithmische Abstands- bzw. Energieabhängigkeit aufweist. In der Quantenelektrodynamik verändert sich also die „Elementarladung“ e langsam als Funktion des Abstandes bzw. des Energieübertrags. Die elektrische Ladungszahl Z dagegen ist unabhängig von Abständen und Energien und dient so als unveränderliche und charakteristische Teilcheneigenschaft. Jedem Elektron ist z. B. stets \(Z_\mathrm {e}=-1\) zugeordnet.
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Eine Ausnahme stellen Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld bzw. einem Higgs-Teilchen dar.
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Unter der Annahme, dass das Newtonsche Gravitationsgesetz auch bei Abständen gilt, die kleiner sind als der bisher kleinste experimentell verifizierte Abstand von 50 \(\mu \)m.
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Bei der schwachen Wechselwirkung sind das die großen Massen der W- und Z-Teilchen und bei der starken Wechselwirkung die Tatsache, dass die Gluonen als Botenteilchen der starken Wechselwirkung selbst starke Ladung besitzen.
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www.teilchenwelt.de/tp
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Kobel, M., Lindenau, P. (2020). Eine anschlussfähige Begriffsbildung der Basiskonzepte des Standardmodells für die Schule. In: Passon, O., Zügge, T., Grebe-Ellis, J. (eds) Kohärenz im Unterricht der Elementarteilchenphysik. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-61607-9_6
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Publisher Name: Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg
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Online ISBN: 978-3-662-61607-9
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