Vor nicht allzu langer Zeit glaubten Wissenschaftler, dass der kleinste Teil der Materie das Atom sei; die unteilbare, unzerstörbare Basiseinheit aller Dinge. Es dauerte jedoch nicht lange, bis Wissenschaftler mit diesem Modell auf Probleme stießen, die sich aus dem Studium der Strahlung, der Gesetze der Thermodynamik und der elektrischen Ladungen ergaben. All diese Probleme zwangen sie, ihre früheren Annahmen, dass das Atom die kleinste Einheit der Materie sei, zu überdenken und zu postulieren, dass Atome selbst aus einer Vielzahl von Teilchen bestehen, von denen jedes eine bestimmte Ladung, Funktion oder „Geschmack“ hat. Diese begannen sie als subatomare Teilchen zu bezeichnen, von denen heute angenommen wird, dass sie die kleinsten Einheiten der Materie sind, die aus Nukleonen und Atomen bestehen.
Während Protonen, Neutronen und Elektronen immer als die fundamentalen Teilchen eines Atoms galten, haben neuere Entdeckungen mit Atombeschleunigern gezeigt, dass es tatsächlich zwölf verschiedene Arten von elementaren subatomaren Teilchen gibt und dass Protonen und Neutronen tatsächlich aus kleineren subatomaren Partikel. Diese zwölf Teilchen werden in zwei Kategorien unterteilt, die als Leptonen und Quarks bekannt sind. Es gibt sechs verschiedene Arten oder „Geschmacksrichtungen“ von Quarks (benannt nach ihrem ungewöhnlichen Verhalten). Dazu gehören Up-, Down-, Charm-, Strange-, Top- und Bottom-Quark, die jeweils eine Ladung besitzen, die als Bruch ausgedrückt wird (+2/3 für up, top und charm,-1/3 für down, bottom und strange ) und haben variable Massen. Es gibt auch sechs verschiedene Arten von Leptonen, darunter Elektronen, Myonen, Taus, Elektronen-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos. Während Elektronen und Myonen beide eine negative Ladung von -1 haben (Myonen haben eine größere Masse), haben Neutrinos keine Ladung und sind extrem schwer zu erkennen.
Neben Elementarteilchen sind Kompositteilchen eine weitere Kategorie von subatomaren Teilchen. Während Elementarteilchen nicht aus anderen Teilchen bestehen, sind Kompositteilchen gebundene Zustände von zwei oder mehr Elementarteilchen wie Protonen oder Atomkernen. Ein Proton besteht beispielsweise aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark, während der Atomkern von Helium-4 aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Darüber hinaus gibt es noch die subatomaren Teilchen, die unter die Überschrift Gauge Bosons fallen , die mit den gleichen Methoden wie Leptonen und Quarks identifiziert wurden. Diese werden als „Kraftträger“ klassifiziert, also Teilchen, die als Träger der Grundkräfte der Natur wirken. Dazu gehören Photonen, die mit Elektromagnetismus in Verbindung gebracht werden, Gravitonen, die mit der Schwerkraft verbunden sind, die drei W- und Z-Bosonen schwacher Kernkräfte und die acht Gluonen starker Kernkräfte. Wissenschaftler sagen auch die Existenz mehrerer weiterer, sogenannter „hypothetischer“ Partikel voraus, sodass die Liste voraussichtlich wachsen wird.
Heute gibt es buchstäblich Hunderte von bekannten subatomaren Teilchen, von denen die meisten entweder das Ergebnis von kosmischen Strahlen, die mit Materie wechselwirken, oder Teilchenbeschleuniger-Experimenten sind.
Wir haben viele Artikel über die subatomaren Teilchen für Universe Today geschrieben. Hier ist ein Artikel über die Atomkern , und hier ist ein Artikel über die Atomtheorie.
Weitere Informationen zum Atom finden Sie im Hintergrund zu Atomen , und hier ist ein Link zum NASA's Understanding the Atom Page .
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast rund um die Zusammensetzung des Atoms aufgenommen. Hör zu, Folge 164: Im Inneren des Atoms .
Quellen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Subatomic_particle
http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleon
http://www.school-for-champions.com/science/subatomic.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Gauge_boson
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_particles
