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Schnurtheorie und Quantenchromodynamik

Schnurtheorie und Quantenchromodynamik - Dummies

zu vereinfachen. Während die Quantenphysik versuchte, sich in den Kern des Atoms auszudehnen, waren neue Taktiken erforderlich. Die Quantentheorie des Atomkerns und der Teilchen, aus denen er besteht, heißt Quantenchromodynamik (QCD). Die String-Theorie entstand aus dem Versuch, dieses Verhalten zu erklären.

QED versuchte, die Situation zu vereinfachen, indem sie nur zwei Aspekte des Atoms analysierte - das Photon und das Elektron -, was dadurch geschehen konnte, dass der Kern als riesiges, sehr weit entferntes Objekt behandelt wurde. Als die QED endlich fertig war, waren die Physiker bereit, den Kern des Atoms genau unter die Lupe zu nehmen.

Die Teile, aus denen der Kern besteht: Nukleonen

Der Kern eines Atoms besteht aus Teilchen, die Nukleonen genannt werden, , die es in zwei Arten gibt: positiv geladen Protonen und die nicht geladenen Neutronen. Die Protonen wurden 1919 entdeckt, während die Neutronen 1932 entdeckt wurden.

Das Proton ist ungefähr 1 836 mal so massereich wie das Elektron. Das Neutron ist etwa so groß wie das Proton, also ist das Paar wesentlich größer als das Elektron. Trotz dieses Unterschieds in der Größe haben das Proton und das Elektron identische elektrische Ladungen, aber von entgegengesetztem Vorzeichen; das Proton ist positiv, während das Elektron negativ ist.

Das Wachstum der Technologie ermöglichte den Entwurf und die Konstruktion von größeren und leistungsfähigeren Teilchenbeschleunigern, , mit denen Physiker Teilchen ineinander zerschlagen und sehen, was herauskommt. Mit großer Freude begannen die Physiker, Protonen ineinander zu zertrümmern, in der Hoffnung herauszufinden, was sich in ihnen befand.

Tatsächlich würde diese Arbeit über den Versuch, die Geheimnisse dieser Nukleonen aufzudecken, direkt zu den ersten Einblicken in die Stringtheorie führen. Ein junger Physiker am CERN verwendete eine obskure mathematische Formel, um das Verhalten von Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger zu beschreiben, und dies wird von vielen als Ausgangspunkt der Stringtheorie gesehen.

Die Stücke, die die Stücke des Nukleons bilden: Quarks

Heute sind die Nukleonen bekanntlich Typen von Hadronen , , die Teilchen aus kleinere Teilchen, Quarks genannt. Das Konzept der Quarks wurde 1964 von Murray Gell-Mann und George Zweig unabhängig vorgeschlagen (obwohl der Name von James Joyces Finnegan's Wake , reiner Gell-Mann ist), der in Teil verdiente Gell-Mann 1969 den Nobelpreis für Physik. Die Quarks werden von noch anderen Partikeln, den Gluonen , zusammengehalten.

In diesem Modell bestehen sowohl das Proton als auch das Neutron aus drei Quarks.Diese Quarks haben Quanteneigenschaften wie Masse, elektrische Ladung und Spin (siehe den nächsten Abschnitt für eine Erklärung des Spins). Es gibt tatsächlich insgesamt sechs Aromen (oder Typen) von Quarks, die alle experimentell beobachtet wurden:

  • Up Quark

  • Down Quark

  • Charm Quark

  • Strange Quark < Top-Quark

  • Bottom-Quark

  • Die Eigenschaften von Proton und Neutron werden durch die spezifische Kombination von Quarks bestimmt, aus denen sie bestehen. Zum Beispiel wird die Ladung eines Protons erreicht, indem die elektrische Ladung der drei darin enthaltenen Quarks addiert wird - zwei aufwärts gerichtete Quarks und ein abwärts gerichteter Quark.

Tatsächlich besteht jedes Proton aus zwei aufwärts gerichteten Quarks und einem abwärts gerichteten Quark, also sind sie alle genau gleich. Jedes Neutron ist mit jedem anderen Neutron identisch (bestehend aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks).

Zusätzlich zu den üblichen quantenmechanischen Eigenschaften (Ladung, Masse und Spin) haben Quarks eine andere Eigenschaft, die aus der Theorie hervorging, genannt

Farbe Ladung . Dies ist im Prinzip der elektrischen Ladung ähnlich, aber es ist eine völlig unterschiedliche Eigenschaft von Quarks. Es kommt in drei Sorten, genannt rot, grün, und blau. Da QED die Quantentheorie der elektrischen Ladung beschreibt, beschreibt die QCD die Quantentheorie der Farbladung. Die Farbladung ist die Quelle des Namens Quantenchromodynamik, weil "Chroma" für "Farbe" griechisch ist. "

Zusätzlich zu den Quarks gibt es Partikel, die

Gluonen genannt werden. Die Gluonen binden die Quarks zusammen, ähnlich wie Gummibänder (in einem sehr metaphorischen Sinn). Diese Gluonen sind die Eichbosonen für die starke Kernkraft, genau wie die Photonen die Eichbosonen für den Elektromagnetismus sind.