Die moderne Elementarteilchenphysik

Zusammenfassung

Alle bekannte Materie besteht aus Teilchen. Vielleicht die wichtigste Entdeckung überhaupt, die Physiker gemacht haben, ist die Tatsache, daß Materie aus bestimmten kleinsten Bausteinen besteht. Sie ist der Schlüssel für Gestalt und Verhalten von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern, für chemische Reaktionen und für Modelle, die die Physik sowohl im subatomaren und atomaren, als auch im makroskopischen Bereich erklären können. Schon 1756 war sich Franklin der Teilchenstruktur elektrisch geladener Materie bewußt. Nach Beschäftigung mit dem Phänomen der Influenz schrieb er mit bewundernswerter Einsicht: „Die Elektrizität besteht aus extrem winzigen Teilchen, da sie gewöhnliche Materie, auch die dichteste, mit einer solchen Freiheit und Leichtigkeit durchdringen kann, als ob sie keinen merklichen Widerstand verspürt.“ 1897 bewies J. J. Thomson, daß Kathodenstrahlen durch elektrostatische und magnetische Felder abgelenkt werden (Bild 15.1). Er berechnete die Masse der Teilchen (Elektronen) dieser Strahlen und fand, daß sie in der Größenordnung von 10⁻³ der Masse eines Wasserstoffatoms liegt. Diese Arbeit, zusammen mit der Entdeckung des ZeemannEffekts (Aufspalten der Spektrallinien durch ein Magnetfeld), belegt die weitgehende Annahme des elektrischen Aufbaus der Materie. Die Entdeckung des Atomkerns durch Rutherford erfolgte 1911 bis 1913. Rutherford wies nach, daß die Atome aus einem positiv geladenen Kern bestehen, umgeben von einem System von Elektronen, die durch anziehende Coulombkräfte des Kerns zusammengehalten werden. Es wurde auch gezeigt, daß die gesamte negative Ladung der Elektronen eines Atoms betragsmäßig gleich der positiven Ladung des Kerns ist. Der Kern enthält den größten Teil der Masse eines Atoms; die Größe des Kerns ist verschwindend klein gegenüber der Größe des ganzen Atoms. Bohr sagte 1913: „Diesem Atommodell muß große Aufmerksamkeit gezollt werden.“