Was sind die kleinsten Teilchen der Welt?
- 13.11.2009
- Diese Frage verweist, wie viele interessante Fragen der Physik, zurück auf vermeintlich klare Wortbedeutungen: Was ist eigentlich »Größe«? Aus unserer Alltagserfahrung scheint klar: Jedes materielle Objekt hat eine konkret feststellbare Größe. Diese Vorstellung rührt daher, dass die meisten Gegenstände für uns unverformbar erscheinen, sich also nicht oder nur wenig verglichen mit ihren Abmessungen deformieren lassen. Die unsichere Basis solcher Begriffe wird deutlich, wenn man von diesem Szenario abweicht und zum Beispiel fragt: Wie groß ist ein Kilogramm Luft? Schwer zu sagen. Ein Objekt beginnt und endet im Raum dort, wo es anfängt Kraft auf andere Objekte auszuüben, ihnen Widerstand zu leisten. Im Falle von Festkörpern ist das sehr abrupt, sie stoßen an. Bei Elementarteilchen ist das aber anders, ähnlich wie vielleicht in der Alltagswelt bei Magneten. Wenn man zwei Magneten geeignet zusammenführt, stoßen diese sich ab ehe sie zusammenstoßen. Beschränken wir uns der Verständlichkeit wegen zunächst auf diese abstoßende Wirkung. Die Art und Weise wie Wissenschaftler versuchen, die Eigenschaften kleinster Teilchen zu bestimmen, ist letztlich vergleichbar: Stellen wir uns vor, vor uns auf dem Tisch sei ein Magnet befestigt. Jemand verbindet uns nun die Augen und gibt uns einen zweiten Magnet in die Hand. Jetzt sollen wir durch Zusammenführen der Magneten und spüren der Kraftwirkung herausfinden, wie groß diese sind. Wenn die Magnete nun sehr klein wären aber ihre »Magnetkraft« trotzdem stark, könnten wir Sie vielleicht gar nicht zusammenstoßen lassen, könnten ihre Größe also nicht bestimmen. Gleichwohl wäre ihre Wirkung aber deutlich spürbar. In diesen Sinn haben sich die Forscher eine merkwürdige, aber mit den Experimenten verträgliche Vorstellung gebildet: Alle fundamentalen massetragenden Teilchen, also zum Beispiel Elektronen, Quarks, etc. haben überhaupt keine Größe, sondern sind »ideal punktförmig«. Das Phänomen »Größe« oder »Ausdehnung« entsteht nur, weil sich diese fundamentalen Teilchen zu »Klumpen« mit bestimmten Teilchenabständen zusammenlagern. Die Größe des Objekts ist dann die Größe des Klumpens, die einzelnen Teilchen sind aber unendlich klein. Diese seltsame Vorstellung macht den Wissenschaftlern übrigens wenig Kopfzerbrechen. Fast alle konkurrierenden Theorien, die zum Beispiel »Masse« erklären sollen gehen von punktförmigen Teilchen aus, und niemand findet was dabei. Durch Experimente kann man nur Obergrenzen feststellen: Heute weiß man, wenn diese Teilchen überhaupt eine Größe haben, sind sie kleiner als 10^-19m. Das bedeutet sie würden sich zu einem Meter ungefähr verhalten, wie ein Meter zu den Abmessungen der Milchstraße.