Austauschteilchen
Physik
Basiswissen
Unter Austauschteilchen oder virtuellen Teilchen[1] versteht man in der Quantenmechanik Teilchen, die eine Wechselwirkung zwischen zwei Systemen vermitteln, indem sie von einem System abgegeben und vom anderen aufgenommen werden können.
Warum nennt man die Austauchteilchen auch virtuelle Teilchen?
Der Physiker Stephen Hawking (1942 bis 2018) nennt die Austauschteilchen virtuell, und begründet dazu: "Die kräftetragenden Teilchen, die zwischen Materieteilchen ausgetauscht werden, heißen virtuelle Teilchen, weil sie im Untrschied zu wirklichen Teilchen von einem Teilchendetektor nicht direkt entdeckt werden können[1, Seite 94]". Dennoch seien die Teilchen real, so Hawking weiter: "Doch wir wissen, dass es sie gibt, weil sie einen messbaren Effekt haben: Sie rufen Kräfte zwischen Materieteilchen hervor." Und manchmal ließen sie sich auch direkt messen: "Auch Teilchen mit dem Spin 0, 1 oder 2 kommen unter bestimmten Umständen als wirkliche Teilchen vor, die sich direkt entdecken lassen. Sie erscheinen uns in einr Gestalt, die ein klasischer Physdiker als Welle bezeichnen würde - etwa als Licht- oder Gravitationswelle. Manchmal werden sie emittiert, wenn Materieteilchen durch den Austausch virtueller kräftetragender Teilchen aufeinander einwirken. (Beispielsweise ist die elektrische Abstoßungskraft zwischen zwei Elektronen auf den Austausch virtueller Photonen zurückzuführen, die sich direkt nicht beobachten lassen, doch wenn sich en Elektron an einem anderen vorbeibewegt, knnen reale hotonen abgegeben werden, die wir als Lichtwelle wahrnehmen.)"
Die vier Arten von Austauschteilchen
- das Photon (Spin 1) für die elektromagnetische Wechselwirkung ↗
- das W-Boson und das Z-Boson für die schwache Wechselwirkung ↗
- das Gluon für die starke Wechselwirkung ↗
- das Graviton (Spin 2) Gravitationskraft ↗
Fußnoten
- [1] Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit. Die Suche nach der Urkraft des Universums. Englischer Originaltitel: A Brief History of Time. From the Big Bang to Black Holes. Deutsch im Rohwolt Taschenbuch Verlag. 1988. ISBN: 3-499-188-50-3.