2. Die Entstehung von Teilchen

Die Entstehung bzw. der Ursprung von Teilchen und ihre Eigenschaften sind die Basis, um ihre Struktur aufzuklären. Die Experimentalphysik hat dazu in jahrzehntelanger Arbeit zuverlässige Daten und Fakten zusammengetragen. Die mühevolle Arbeit der Auswertung und Analyse und die abschließende Synthese der Ergebnisse ist das Fundament exakter naturwissenschaftlicher Arbeit; es kann nicht durch Theorienbildung ersetzt werden.

2.1 Wie entstehen Teilchen?

Die erste Möglichkeit der Entstehung von Teilchen ist der Zerfall instabiler Atomkern, ein Vorgang, wie er an bestimmten Mineralen zuerst beobachtet wurde. Ähnlich ist auch die Zertrümmerung von Kernen durch den Beschuss mit Teilchen sehr hoher Energie zu werten. Abbildung 2.1 verdeutlicht das. Auch in den hohen Schichten der Erdatmosphäre finden solche Kernzertrümmerungen durch die energiereiche Strahlung aus dem All statt. Viele Teichen wurden erstmalig in der sogenannten Höhenstrahlung nachgewiesen. Der Kern eines Atoms kann also in verschiedenste Bruchstücke (Teilchen) zerlegt werden. Das Problem besteht nun darin, diese Bruchstücke wieder zum ursprünglichen Kern zusammenzupuzzeln. Dieses "Teilchen-Puzzle" ist bis heute ungelöst.

Abb. 2.1: Teilchen entstehen auch beim Zertrümmern von Atomkernen, wenn energiereiche Teilchen auf Atomkerne geschossen werden. In der Abbildung sind die entstehenden Teilchen geordnet aufgeführt, was in der Realität so nicht der Fall ist.

Eine zweite Möglichkeit der Teilchenentstehung ist die Wechselwirkung bzw. Reaktion zwischen Positronen und Elektronen. Diese Positron-Elektron-Stoßexperimente, bei denen diese beiden Teilchen mit hoher Ernergie aufeinandertreffen, wurden in vielen Forschungseinrichtungen weltweit durchgeführt. Man beobachtete jene Teilchen, wie sie auch beim Zertrümmern von Kernen auftreten.

Abb. 2.2: Durch Elektron-Positron-Kollisionen entsteht eine Teilchenvielfalt ähnlich der beim Zertrümmern von Kernen

2.2 Die Grundfrage der Analyse in der Teilchenphysik

Man kann die Frage auch so stellen: Was läuft falsch in der Teilchenphysik? Teilchen entstehen einerseits durch Zerfall und Zertrümmerung größerer und recht stabiler Atomkerne und andererseits durch die Reaktion zwischen Positronen und Elektronen. Die Schlussfolgerung ist, dass Atomkerne aus den beobachteten leichten Teilchen aufgebaut sind und diese wiederum aus den noch leichteren, elementaren Teilchen Positron und Elektron. Die Struktur der Atomkerne ist sozusagen zweistufig: Positron und Elektron bilden leichte Teilchen und diese schließen sich zu den Atomkernen zusammen. Dieser Gedankengang ist allerdings in der heutigen Physik verboten, weil damit ein sicher geglaubtes Weltbild wankt.

Hier folgt eine Analyse der Teilchenstrukturen bis hin zu den Strukturen der Atomkerne. Es wird ein Teilchensystem sichtbar, in dem jedes Teilchen und jeder Kern einen bestimmten Platz in einem Teilchenraum belegt.

2.3 Zum Begriff "Beobachtung"

Beobachtung beschränkt sich nicht auf das, was wir mit unseren Augen sehen können, auch wenn manche Wissenschaftler diese Meinung vertreten. Beobachtungen sind im weitesten Sinne all jene Fakten und Informationen, die wir mit den zu Gebote stehenden Hilfsmitteln über die Realität gewinnen können. Es ist selbstredend, dass die Möglichkeiten dieser Erkenntnisgewinnung ständig weiterentwickelt werden. Die Auswertung, Analyse, Interpretation der praktischen Erkenntnisse ist aber immer an menschliche Fähigkeiten gebunden. Und die entwickeln sich keinesfalls in dem Maße weiter wie die experimentellen Möglichkeiten.