Glossar

 

Allgemeine Relativitätstheorie

Albert Einsteins Theorie der Gravitation, welche die Spezielle Relativitätstheorie erweitert: Auch die Gravitation kann sich hier maximal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Das führt dazu, dass die Gravitation nicht mehr durch Kräfte, sondern durch die Krümmung von Raum und Zeit beschrieben wird.

 

Amplitude

Momentane Höhe einer Welle an einem Ort. Positive Amplituden entsprechen Wellenbergen, negative Amplituden entsprechen Wellentälern. Die Amplitude einer Quantenwelle wird genau genommen nicht durch einen einzelnen Wert, sondern eine sogenannte komplexe Zahl beschrieben, welche sich als ein abstrakter Pfeil oder Uhrzeiger mit Länge und Drehwinkel veranschaulichen lässt.

 

Antimaterie

Antimaterie besteht aus Antiteichen, z. B. enthält der Kern eines Antiatoms Antiprotonen und Antineutronen und die Hülle eines Antiatoms ist aus Positronen zusammengesetzt. Wenn Materie und Antimaterie aufeinandertreffen, vernichten sie sich gegenseitig und zerstrahlen, wobei ihre komplette Masse nach der Formel E = mc² in Energie umgewandelt wird.

 

Antiteilchen

Antiteilchen haben (bis auf minimale Abweichungen bei wenigen Ausnahmen) exakt dieselben Eigenschaften wie die zugehörigen Teilchen, aber entgegengesetzte Ladungen. Ein Teilchen und sein Antiteilchen können zusammen aus Energie (z. B. in Form von Photonen) entstehen und sich auch wieder gegenseitig vernichten.

 

Atomkern

Atomkerne bilden die winzigen massiven Zentren der Atome. Sie bestehen aus Protonen und Neutronen, die durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten werden. Fast die gesamte Masse eines Atoms befindet sich in seinem Atomkern.

 

Avancierte Wellen

In der klassischen Elektrodynamik sind dies elektromagnetische Wellen, die sich von einer vibrierenden Ladung ausgehend formal rückwärts in der Zeit ausbreiten. In der normalen Zeitrichtung betrachtet laufen diese Wellen also auf die Ladung zu und werden von ihr absorbiert.

 

Baryonen

Baryonen sind stark wechselwirkende Teilchen, die aus drei Quarks bestehen. Protonen und Neutronen sind die bekanntesten Baryonen. Darüber hinaus gibt es viele weitere Baryonen, die alle instabil sind und nach sehr kurzer Zeit zerfallen.

 

Betazerfall

Den Zerfall eines Neutrons in ein Proton plus Elektron sowie ein Elektron-Antineutrino bezeichnet man als Betazerfall. Dieser Zerfall wird durch die schwache Wechselwirkung hervorgerufen und kann sowohl bei freien Neutronen als auch bei den Neutronen  innerhalb eines radioaktiven Atomkerns stattfinden. In bestimmten Atomkernen ist auch der Zerfall eines Protons in ein Neutron plus Positron sowie ein Elektron-Neutrino möglich, was dann als Beta-Plus-Zerfall bezeichnet wird.

 

Bose-Einstein-Kondensation

Bosonen (Teilchen mit ganzzahligem Spin, z. B. Helium-4-Atome) neigen bei sehr niedrigen Temperaturen dazu, kollektiv den niedrigsten Quantenzustand einzunehmen. Geschieht dies, spricht man von einer Bose-Einstein-Kondensation.

 

Bosonen

Teilchen mit ganzzahligem Spin, beispielsweise Photonen und Gluonen (Spin 1), Gravitonen (Spin 2) oder Helium-4-Atome (Spin 0).

 

Confinement

Quarks und Gluonen unterliegen dem Confinement (Einschluss), d. h., sie können nur im Inneren von Baryonen und Mesonen existieren. Freie Quarks und Gluonen existieren nicht.

 

CP-Verletzung

Wenn man einen fundamentalen physikalischen Prozess im Spiegel betrachtet (P) und zusätzlich alle Teilchen durch Antiteilchen ersetzt (C), so sieht man fast immer wieder einen physikalisch möglichen Prozess, der in gleicher Weise abläuft. Es gibt einige wenige Prozesse, bei denen das nicht exakt der Fall ist. In diesem Fall spricht man von CP-Verletzung. Die CP-Verletzung ist mitverantwortlich dafür, dass im Urknall etwas mehr Materie als Antimaterie entstand.

 

CPT-Theorem

Wenn man einen fundamentalen physikalischen Prozess im Spiegel betrachtet (P), zusätzlich alle Teilchen durch Antiteilchen ersetzt (C) und dazu noch die Zeit rückwärts laufen lässt (T), so sieht man immer einen physikalisch möglichen Prozess. Dieses grundlegende CPT-Theorem ist eine allgemeine Folgerung aus der relativistischen Quantentheorie.

 

Dirac-Gleichung

Die Dirac-Gleichung ist eine relativistische Differenzialgleichung für Quantenwellen bei Teilchen mit Spin 1/2, beispielsweise Elektronen. Teilchen mit Spin 0 werden dagegen durch die relativistische Klein-Gordon-Gleichung beschrieben.

 

Drehimpuls

Kennzeichnet den Drehschwung eines rotierenden Objekts, so wie analog der Impuls den Bewegungsschwung eines geradeaus fliegenden Objekts beschreibt.

 

Elektrische Ladung

Die elektrische Ladung bestimmt, welche Kraft auf ein Objekt in einem elektromagnetischen Feld einwirkt. Sie ist eine Erhaltungsgröße, kann also weder verschwinden noch aus dem Nichts entstehen.

 

Elektromagnetische Wechselwirkung

Die elektromagnetische Wechselwirkung beschreibt die Kräfte, die elektrisch geladene Objekte aufgrund ihrer Ladung aufeinander ausüben. Dazu zählen auch magnetische Kräfte sowie alle optischen Erscheinungen, da Licht eine elektromagnetische Welle ist.

 

Elektron

Das Elektron ist nach heutigem Wissen ein elementares, stabiles, punktförmiges Teilchen mit einer negativen Elementarladung und Spin 1/2. Elektronen bilden die Hüllen der Atome, wobei sie etwa zweitausendmal leichter sind als die Protonen und Neutronen des Atomkerns.

 

Elementarladung

Die elektrische Ladung freier Teilchen ist immer ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung. So trägt beispielsweise das Elektron eine negative und das Proton eine positive Elementarladung.

 

Energie

Energie ist eine Größe, die bei allen Prozessen in der Natur in Summe erhalten bleibt. Nach dem Noether-Theorem ist dies eine Folge davon, dass in den grundlegenden Naturgesetzen alle Zeitpunkte gleichwertig sind (Zeitinvarianz der Naturgesetze). Im Gegensatz zum Impuls ist die Energie eine skalare Größe, also eine Zahl und kein Vektor. Nach der Speziellen Relativitätstheorie müssen auch Massen in die Energiebilanz einbezogen werde, denn Masse ist ebenfalls eine Energieform.

 

Farbladung

Die Farbladung bestimmt, wie intensiv die starke Wechselwirkung auf ein Teilchen einwirkt. Nur Quarks und Gluonen tragen eine Farbladung. Die möglichen Werte der Farbladung sind „rot“, „grün“ und „blau“ bzw. „antirot“, „antigrün“ und „antiblau“. Diese Werte haben nichts mit optischen Farben zu tun.

 

Fermionen

Teilchen mit halbzahligem Spin, beispielsweise Elektronen, Neutrinos und Quarks. Fermionen unterliegen dem Pauli-Prinzip und meiden sich deshalb gegenseitig.

 

Feynman-Diagramm

Ein Feynman-Diagramm stellt eine Möglichkeit dar, wie ein physikalischer Quantenprozess ablaufen kann. Zu jedem Feynman-Diagramm lässt sich eine Formel aufstellen, über die sich der Beitrag ausrechnen lässt, mit der diese Möglichkeit zum Gesamtprozess beiträgt. Feynman hatte diese anschauliche Methode im Rahmen der QED entwickelt.

 

Flavor

Durch den Flavor (wörtlich: Geschmack) unterscheiden sich die sechs verschiedenen Quarksorten voneinander. Es gibt die Flavors up (u), down (d), strange (s), charme (c), bottom (b) und top (t).

 

Frequenz

Bei einer Welle sagt die Frequenz, wie schnell die Welle an einer bestimmten Stelle auf- und abschwingt. In der Quantenmechanik ist die Frequenz einer Welle proprtional zur Energie des zugehörigen Teilchens.

 

g-Faktor

Gibt die Stärke des magnetischen Moments bei einem Teilchen an, wobei man es mit dem magnetischen Moment vergleicht, den ein klassischer Kreisstrom mit demselben Drehimpuls erzeugt.

 

Gluon

Neutrales masseloses Teilchen mit Spin Eins, das die starke Wechselwirkung vermittelt – analog zu den Photonen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Anders als Photonen, die auch als freie Teilchen existieren können, sind Gluonen wie die Quarks im Inneren der Mesonen und Baryonen eingesperrt (Confinement).

 

Gravitation

Die Gravitation oder Schwerkraft beschreibt die Anziehungskraft zwischen Objekten allein aufgrund ihrer Masse bzw. Energie.

 

Gravitationskonstante

Die Gravitationskonstante G beschreibt, wie stark sich zwei Massen von je einem Kilogramm in einem Abstand von einem Meter gegenseitig anziehen. Die entsprechende Anziehungskraft ist mit 6,674 · 10^–11 Newton winzig klein und kaum wahrnehmbar. Damit ist die Gravitation weitaus schwächer als die anderen drei fundamentalen Wechselwirkungen.

 

Graviton

Ein hypothetisches elektrisch- und farbneutrales masseloses Teilchen mit Spin 2, das in einer quantisierten Gravitationstheorie die Massenanziehung vermittelt. Gravitationswellen bestehen aus einer großen Anzahl einzelner Gravitonen. Feynman hat Gravitonen als Ausgangspunkt für seine Quanten-Gravitationstheorie verwendet.

 

Impuls

Mit dem Impuls kennzeichnet man den Schwung oder die Wucht eines bewegten Objekts. Man kann sich den Impuls auch als gespeicherten Kraftstoß vorstellen. Der Impuls bleibt bei allen Prozessen in der Natur in Summe erhalten. Nach dem Noether-Theorem ist dies eine Folge davon, dass in den grundlegenden Naturgesetzen alle Raumpunkte gleichwertig sind. Im Gegensatz zur Energie ist der Impuls eine gerichtete Größe, also ein Vektor, der in Bewegungsrichtung zeigt.

 

Kaonen, K-Mesonen

Die vier Kaonen (ein positives, ein negatives und zwei elektrisch neutrale) sind etwa halb so schwer wie ein Proton. Diese Mesonen bestehen aus einem Up- oder Down-Quark bzw. -Antiquark und einem Strange-Antiquark bzw. Quark. Daher besitzen sie eine von null verschiedene Strangeness, sodass sie nur über die schwache Wechselwirkung zerfallen können, was ihre vergleichsweise lange Lebensdauer erklärt. Ihre Zerfälle in zwei oder drei Pionen spielten eine wichtige Rolle bei der Entdeckung, dass die Spiegelsymmetrie der Naturgesetze bei der schwachen Wechselwirkung verletzt ist.

 

Klein-Gordon-Gleichung

Die Klein-Gordon-Gleichung ist eine relativistische Differenzialgleichung für Quantenwellen für Teilchen mit Spin 0. Teilchen mit Spin 1/2 wie beispielsweise Elektronen werden dagegen durch die Dirac-Gleichung beschrieben.

 

Kraft

Eine Kraft beschreibt einen äußeren Einfluss, der zu einer Beschleunigung oder genauer zu einer zeitlichen Impulsänderung bei einem bewegten Objekt führt.

 

Lagrange-Funktion

In der klassischen Mechanik ist die Lagrange-Funktion eines Systems (z. B. eines Teilchens in einem Kraftfeld) die Differenz aus kinetischer und potenzieller Energie. Integriert man die Lagrange-Funktion über einen Zeitraum, so erhält man die sogenannte Wirkung für den zugehörigen Bewegungsablauf.

 

Leptonen

Elektron, Myon, Tauon und die drei zugehörigen Neutrinos bilden zusammen die Gruppe der Leptonen. Die sechs Leptonen bilden zusammen mit den sechs Quarks und den Wechselwirkungsteilchen (Photon, Gluon, W^±- und Z-Boson) die fundamentalen Bausteine der Materie und ihrer Wechselwirkungen im Standardmodell der Teilchenphysik. Anders als die Quarks unterliegen die Leptonen nicht der starken Wechselwirkung.

 

Lichtgeschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit c beträgt knapp 300 000 km/s im Vakuum. Diese Naturkonstante spielt eine zentrale Rolle in der Speziellen Relativitätstheorie, wo sie Raum und Zeit sowie Massen, Impulse und Energien miteinander verknüpft.

 

Lorentz-Faktor

Der Lorentz-Faktor γ gibt an, wie stark sich nach der Speziellen Relativitätstheorie die Trägheit eines bewegten Objekts mit wachsender Geschwindigkeit vergrößert. Zugleich gibt er auch das Ausmaß der Zeitdilatation und der Lorentz-Kontraktion an. Bei Geschwindigkeiten deutlich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit ist γ nahezu gleich Eins und kann vernachlässigt werden. Je mehr sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit nähert, umso größer wird γ.

 

Lorentz-Kontraktion

Die Lorentz-Kontraktion oder relativistische Längenkontraktion bedeutet: Sieht ein Beobachter ein sehr schnell bewegtes Objekt, so ist es für ihn in Bewegungsrichtung verkürzt. Der Lorentz-Faktor gibt dabei das Ausmaß der Kontraktion an. Dieser Effekt ist eine Folge der Speziellen Relativitätstheorie.

 

Magnetisches Moment

Gibt die Stärke eines magnetischen Dipols an, also beispielsweise die Magnetstärke eines Stabmagneten oder einer Kompassnadel. Auch Teilchen mit Spin ungleich null wie beispielsweise das Elektron besitzen oft ein magnetisches Moment, verhalten sich also ähnlich wie eine Kompassnadel.

 

Masse

Die Masse eines ruhenden oder sich deutlich langsamer als das Licht bewegenden Objekts kennzeichnet seine Trägheit, also sein Beharrungsvermögen gegenüber Beschleunigungen (träge Masse). Nach der Speziellen Relativitätstheorie ist Masse bis auf einen Umrechnungsfaktor nichts anderes als die Ruheenergie (E = mc²). Neben der Trägheit legt die Masse auch fest, wie stark die Gravitation auf ein Objekt wirkt (schwere Masse). Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie sind träge und schwere Masse ununterscheidbar.

 

Maxwell-Gleichungen

Die Maxwell-Gleichungen sind die Grundgleichungen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Sie beschreiben den wechselseitigen Einfluss zwischen elektrischen Ladungen, Strömen und dem elektrischen und magnetischen Feld sowie alle von elektromagnetischen Wellen ausgelösten Erscheinungen.

 

Mesonen

Stark wechselwirkende Teilchen, die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen. Pionen, Kaonen und Rho-Mesonen sind die bekanntesten Mesonen. Alle Mesonen sind instabil und zerfallen innerhalb von Sekundenbruchteilen. Sie entstehen beispielsweise durch Kernkollisionen in der kosmischen Höhenstrahlung oder in Teilchenbeschleunigern.

 

Myon

Das Myon ist aus heutiger Sicht ein elementares, punktförmiges Teilchen mit negativer Ladung und Spin 1/2. Es hat damit ähnliche Eigenschaften wie das Elektron, ist aber rund 200-mal schwerer und daher instabil. Myonen entstehen beispielsweise in der kosmischen Höhenstrahlung in der oberen Atmosphäre und zerfallen in Sekundenbruchteilen wieder.

 

Neutrino

Neutrinos sind nahezu masselose neutrale Teilchen mit Spin 1/2. Sie unterliegen ausschließlich der schwachen Wechselwirkung und interagieren daher kaum mit Materie. So kann ein Neutrino meist ungehindert die komplette Erde durchqueren. Neutrinos entstehen in großer Zahl bei Kernreaktionen, beispielsweise beim Betazerfall, in der kosmischen Höhenstrahlung oder bei der Kernfusion im Inneren der Sonne. Es gibt drei verschiedene Neutrinosorten: Elektron-, Myon- und Tauon-Neutrinos, die jeweils noch ein Antiteilchen besitzen.

 

Neutron

Elektrisch neutrales Baryon, das aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks besteht (udd). Protonen und Neutronen sind die Bausteine der Atomkerne. Freie Neutronen sind nicht stabil – sie zerfallen über den Betazerfall mit einer Halbwertszeit von rund 10 Minuten in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. In Atomkernen können sind Neutronen dagegen stabil, wenn ihre Zahl nicht zu groß wird.

 

Noether-Theorem

Das Noether-Theorem besagt, dass aus physikalischen Symmetrien Erhaltungsgrößen folgen. So ist die Energieerhaltung eine Folge davon, dass in den grundlegenden Naturgesetzen alle Zeitpunkte gleichwertig sind (Zeitinvarianz der Naturgesetze).

 

Paritätsverletzung

Verletzung der Spiegelsymmetrie, siehe dort.

 

Pauli-Prinzip

Die Eigenschaft von Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin), sich gegenseitig zu meiden und nicht niemals exakt denselben Quantenzustand einzunehmen, bezeichnet man als Pauli-Prinzip. Eine Folge davon ist der Schalenaufbau der Atomhülle, da Elektronen Spin 1/2 aufweisen und damit dem Pauli-Prinzip unterliegen.

 

Photon

Neutrales masseloses Teilchen mit Spin Eins, das die elektromagnetische Wechselwirkung vermittelt. Elektromagnetische Wellen wie beispielsweise Licht bestehen aus einer großen Anzahl einzelner Photonen, die daher auch Lichtquanten genannt werden.

 

Pionen

Die drei Pionen π⁺, π⁰ und π^– sind mit rund 0,15 Protonmassen die leichtesten Mesonen. Sie bestehen aus Up- und Down-Quark-Antiquark-Paaren und zerfallen innerhalb von Sekundenbruchteilen.

 

Plancksches Wirkungsquantum

Das Plancksche Wirkungsquantum h bzw. ħ = h/(2π) verknüpft in der Quantenmechanik Teilcheneigenschaften (Energie, Impuls) mit Welleneigenschaften (Frequenz, Wellenlänge). Das Wirkungsquantum ist die fundamentale Naturkonstante der Quantentheorie.

 

Planck-Einheiten (Planck-Länge, Planck-Zeit, Planck-Energie, Planck-Masse)

In einer relativistischen Theorie der Quantengravitation lassen sich die Gravitationskonstante G, die Lichtgeschwindigkeit c und das Plancksche Wirkungsquantum h zu neuen Größen kombinieren, die als natürliche Vergleichsgrößen (Planck-Einheiten) für Zeiten, Längen, Massen und Energien dienen können. Sie geben zugleich an, bei welchen Größenordnungen eine Quantentheorie der Gravitation wichtig wird.

 

Positron

Antiteilchen des Elektrons. Positronen haben dieselbe Masse und denselben Spin wie Elektronen, aber die entgegengesetzte Ladung.

 

Prinzip der kleinsten Wirkung

Betrachtet man für einen festen Zeitraum neben dem realen Bewegungsablauf auch fiktive Bewegungsabläufe eines physikalischen Systems und berechnet die zugehörigen Wirkungen, so besitzt der reale Bewegungsablauf die kleinste Wirkung. Umgekehrt lässt sich aus dieser Eigenschaft der reale Bewegungsablauf berechnen.

 

Proton

Positiv geladenes Baryon, das aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark besteht (uud). Protonen und Neutronen sind die Bausteine der Atomkerne. Das Proton ist das einzige Baryon, das auch als freies Teilchen stabil ist und nicht zerfällt (zumindest nach heutigem Wissen).

 

Quantenchromodynamik (QCD)

Die QCD ist die Quantentheorie der starken Wechselwirkung. Die fundamentalen Wechselwirkungsteilchen der QCD sind die Gluonen, die unter anderem die Quarks zu Mesonen und Baryonen zusammenschweißen.

 

Quantenelektrodynamik (QED)

Die QED ist die Quantentheorie der elektromagnetischen Wechselwirkung. Sie wurde von Richard Feynman mitbegründet. Das fundamentale Wechselwirkungsteilchen der QED ist das Photon.

 

Quantengravitation

Die Quantengravitation ist eine relativistische Quantenbeschreibung der Gravitation. Die konsistente Formulierung einer solchen Theorie ist bis heute Gegenstand der aktuellen Forschung. Feynman hat erste Schritte in diese Richtung unternommen, wobei er von der Existenz des Gravitons als Wechselwirkungsteilchen der Gravitation ausging.

 

Quantenmechanik

beschreibt die Dynamik von Teilchen durch Quantenwellen.

 

Quantenfeldtheorie

Berücksichtigt man die Prinzipien der Speziellen Relativitätstheorie in der Quantenmechanik, so spricht man von einer Quantenfeldtheorie. Die bekannteste Quantenfeldtheorie ist die Quantenelektrodynamik (QED), an deren Formulierung Feynman entscheidend beteiligt war.

 

Quantenwelle

In der Quantenmechanik bewegen sich Teilchen nicht mehr auf definierten Bahnen, sondern als Quantenwelle. Aus der Amplitude einer Quantenwelle kann man die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Quantenteilchens berechnen.

 

Quarks

Quarks sind aus heutiger Sicht elementare punktförmige Teilchen mit drittelzahliger Ladung (±1/3 oder ±2/3) und Spin 1/2. Sie sind die Bausteine der Baryonen und Mesonen. Es gibt sechs verschiedene Quarksorten (Flavors), die man als up (u), down (d), strange (s), charme (c), bottom (b) und top (t) bezeichnet. Zu jedem Quark gibt es ein Antiquark mit entgegengesetztem Wert von elektrischer und Farbladung. Quarks unterliegen – anders als Leptonen – der starken Wechselwirkung, die sie zu Baryonen und Mesonen zusammenschweißt. Freie Quarks existieren nicht (Confinement).

 

Retardierte Wellen

In der klassischen Elektrodynamik sind dies elektromagnetische Wellen, die sich von einer vibrierenden Ladung ausgehend vorwärts in der Zeit ausbreiten, analog zu den elektromagnetischen Wellen, die von einer Antenne ausgesendet werden.

 

Rho-Mesonen (ρ-Mesonen)

Die drei Rho-Mesonen ρ⁺, ρ⁰ und ρ^– sind mit rund 0,83 Protonmassen relativ schwere Mesonen. Sie bestehen wie die deutlich leichteren Pionen aus Up- und Down-Quark-Antiquark-Paaren und zerfallen extrem schnell über die starke Wechselwirkung – sehr viel schneller als Pionen oder Kaonen.

 

Schrödinger-Gleichung

Die Schrödinger-Gleichung ist die zentrale Grundgleichung der nichtrelativistischen Quantenmechanik. Sie beschreibt, wie sich eine Quantenwelle im Lauf der Zeit verändert, wobei die Spezielle Relativitätstheorie nicht berücksichtigt wird.

 

Schwache Wechselwirkung

Die schwache Wechselwirkung beschreibt im Rahmen des Standardmodells den Einfluss der W- und Z-Bosonen auf alle Quarks und Leptonen. Sie kann die verschiedenen Sorten von Quarks und Leptonen ineinander umwandeln und ist damit die Ursache für viele Teilchenzerfälle wie beispielsweise den radioaktiven Betazerfall.

 

Spezielle Relativitätstheorie

Die Spezielle Relativitätstheorie basiert auf dem Grundsatz, dass die Lichtgeschwindigkeit für jeden gleichförmig bewegten Beobachter gleich groß ist. Sie bildet zusammen mit der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantentheorie das Fundament der modernen Physik.

 

Spiegelsymmetrie

Die Spiegelsymmetrie (Paritätserhaltung) besagt, dass man nicht entscheiden kann, ob man einen fundamentalen physikalischen Prozess in einem Spiegel betrachtet oder nicht – jeder Prozess und sein gespiegeltes Gegenstück sind in gleicher Weise möglich. In der Natur ist die Spiegelsymmetrie bei Prozessen der schwachen Wechselwirkung verletzt, beispielsweise beim radioaktiven Betazerfall – ein Phänomen, an dessen Erklärung Feynman entscheidend beteiligt war.

 

Spin

Quantenmechanisches Analogon zum Drehimpuls eines klassischen Objekts. Bosonen besitzen ganzzahligen Spin (inklusive 0), Fermionen besitzen halbzahligen Spin (z. B. 1/2 oder 3/2).

 

Standardmodell der Teilchenphysik

Das Standardmodell bildet die fundamentale Basis der heute bekannten Physik mit Ausnahme der Gravitation. Es erklärt die bekannte Materie (und Antimaterie) und ihre fundamentalen Wechselwirkungen (elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung) mithilfe von sechs Quarks, sechs Leptonen (Elektron, Myon, Tauon und zugehörige Neutrinos) und den Wechselwirkungsteilchen Photon, Gluon, W- und Z-Bosonen. Die Beschreibung basiert dabei auf den Regeln der relativistischen Quantenfeldtheorie. Die Quantenelektrodynamik (QED), die Feynman mitbegründet hat, ist ein Teil des Standardmodells, ebenso wie die Quantenchromodynamik (QCD). Die Quantengravitation ist dagegen kein Bestandteil des Standardmodells.

 

Starke Wechselwirkung

Die starke Wechselwirkung beschreibt die Kräfte, die Quarks und Gluonen aufgrund ihrer Farbladung aufeinander ausüben. Da Protonen und Neutronen aus Quarks bestehen, führt die starke Wechselwirkung auch zu starken Anziehungskräften zwischen diesen Teilchen, die sie in den Atomkernen eng aneinanderbinden. Man spricht daher auch von der starken Kernkraft.

 

Strangeness

Die Strangeness (wörtlich: Seltsamkeit) eines Teilchens sagt aus, ob es Strange-Quarks oder -Antiquarks enthält, wobei aus heutiger Sicht die Strangeness der Differenz zwischen der Anzahl der Strange-Antiquarks und der Strange-Quarks entspricht. Ursprünglich wurde die Strangeness schon vor der Entdeckung der Quarks eingeführt, um die relativ lange Lebensdauer beispielsweise der Kaonen zu erklären: Nur die schwache Wechselwirkung ist in der Lage, die Strangeness bei einem Zerfall zu ändern.

 

Stringtheorie

Die Stringtheorie basiert auf der Idee, dass die elementaren Objekte der Natur keine punktförmigen Teilchen, sondern winzige Fäden (Strings) sind. Interessanterweise enthält die Stringtheorie automatisch Gravitonen und damit eine Quantentheorie der Gravitation, was sie zu einem Kandidaten für eine Vereinigung von Quantenfeldtheorie und Allgemeiner Relativitätstheorie macht.

 

Suprafluidität

Wenn flüssiges Helium sich bei sehr niedrigen Temperaturen wie eine reibungsfreie Flüssigkeit verhält, spricht man von Suprafluidität. Eine solche Flüssigkeit kann beispielsweise auch noch die engsten Poren durchdringen und fließt ohne jeden Strömungswiderstand. Feynman konnte dieses Verhalten mithilfe der Bose-Einstein-Kondensation erklären, also mit dem Bestreben der Atome, denselben makroskopischen Quantengrundzustand einzunehmen.

 

Tauon

Das Tauon ist aus heutiger Sicht ein elementares, stabiles, punktförmiges Teilchen mit negativer Ladung und Spin 1/2. Es hat damit ähnliche Eigenschaften wie das Elektron und das Myon, ist aber rund 3500-mal schwerer als das Elektron und daher instabil.

 

Unschärferelation

Die (Heisenbergsche) Unschärferelation sagt aus, dass man nichtgleichzeitig den Ort und den Impuls eines Teilchens beliebig genau messen kann. Das Produkt der Unschärfen für diese beiden Größen lässt sich nicht unter einen bestimmten Wert drücken, der durch das Plancksche Wirkungsquantum gegeben ist. Je genauer man also den Ort eines Teilchens kennt, umso ungenauer ist sein Impuls festgelegt und umgekehrt. Für Energie und Zeit gibt es eine analoge Unschärferelation, was die Existenz virtueller Teilchen ermöglicht.

 

Vertex

In einem Feynman-Diagramm ist ein Vertex eine Knickstelle, an der ein oder mehrere neue Teilchen (z. B. ein Photon) entstehen oder vernichtet werden.

 

W-Bosonen

Positiv oder negativ geladene Teilchen, die zusammen mit dem neutralen Z-Boson die schwache Wechselwirkung vermitteln. Anders als das masselose Photon, das die elektromagnetische Wechselwirkung vermittelt, sind das W⁺- und das W^–-Boson sehr schwer (etwa achtzigmal schwerer als das Proton), was die extrem kurze Reichweite der schwachen Wechselwirkung erklärt. W-Bosonen können verschiedene Teilchen ineinander umwandeln und so beispielsweise den radioaktiven Betazerfall hervorrufen.

 

Wahrscheinlichkeitsamplitude

Die Wahrscheinlichkeitsamplitude ist die Amplitude einer Quantenwelle. Das Betragsquadrat der Wahrscheinlichkeitsamplitude gibt die Wahrscheinlichkeit für ein bestimmtes Ereignis an, beispielsweise ein Teilchen an einem Ort anzutreffen.

 

Wechselwirkung

Es gibt in der Natur vier fundamentale Wechselwirkungen zwischen Teilchen: schwache, starke und elektromagnetische Wechselwirkung sowie die Gravitation.

 

Wellenlänge

Betrachtet man eine Welle zu einem festen Zeitpunkt, so ist die Wellenlänge die Strecke, die zwischen zwei benachbarten Wellenbergen oder zwei Wellentälern liegt. In der Quantenmechanik bestimmt wie Wellenlänge einer Quantenwelle, wie groß der Impuls der zugehörigen Teilchen ist.

 

Wellenfunktion

Ein anderes Wort für Quantenwelle.

 

Wirkung

Integriert man die Lagrange-Funktion (kinetische minus potenzielle Energie) eines Systems über einen Zeitraum, so erhält man die sogenannte Wirkung für den zugehörigen Bewegungsablauf. Über das Prinzip der kleinsten Wirkung lässt sich der physikalische Bewegungsablauf bestimmen.

 

Zeitdilatation

Die Zeitdilatation bedeutet: Sieht ein Beobachter eine sehr schnell bewegte Uhr, so läuft diese Uhr aus seiner Sicht langsamer, als wenn die Uhr für ihn ruhen würde. Der Lorentz-Faktor gibt dabei das Ausmaß der Zeitdilatation an. Dieser Effekt ist eine Folge der Speziellen Relativitätstheorie.

 

Z-Boson

Neutrales sehr schweres Teilchen, das zusammen mit den geladenen W-Bosonen die schwache Wechselwirkung vermittelt.