2. Der Ursprung von Teilchen

Die Entstehung bzw. der Ursprung eines Teilchens und seine Eigenschaften sind die Grundlagen, die für die Strukturermittlung zur Verfügung stehen. Hier hat die Experimentalphysik in jahrzehntelanger akribischer Arbeit zuverlässige Daten und Fakten zusammengetragen. Darauf aufbauend müssen durch Auswertung und Analyse dieser Informationen die Strukturen ermittelt und durch abschließende Synthese die Ergebnisse auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Das Fundament aller exakter naturwissenschaftlicher Arbeit kann nicht durch Theorienbildung ersetzt werden.

2.1 Wie entstehen Teilchen?

Eine Möglichkeit der Entstehung von Teilchen ist der Zerfall instabiler Atomkern, ein Vorgang, wie er zuerst von Bequerel 1896 an Uran-Mineralen beobachtet wurde. Ähnliches geschieht auch bei der Zertrümmerung von Kernen durch Beschuss mit Teilchen sehr hoher Energie. 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 so in verschiedenste Bruchstücke (Teilchen) zerlegt werden. Das Problem besteht nun darin, diese Bruchstücke wieder zur ursprünglichen Struktur, dem Atomkern zusammenzufügen. 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 bereits geordnet, was in der Realität natürlich nicht der Fall ist.

Eine zweite Möglichkeit der Teilchenentstehung ist die Wechselwirkung bzw. die Reaktion zwischen Positronen und Elektronen. Diese Positron-Elektron-Stoßexperimente wurden weltweit an unterschiedlichen Beschleunigern durchgeführt. Wenn Positronen und Elektronen mit hoher Ernergie aufeinandertreffen, so entstehen ebenfalls 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

Anmerkung: Bei der natürlichen Radioaktivität lösen sich stabile oder relativ stabile Teilchen von einem instabilen Atomkern ab. Der Zerfall erfolgt offensichtlich geordnet und entlang innerer struktureller Grenzen. Bei Kernzertrümmerungen und hochenergetische Kollisionen entstehen dagegen viele instabile "Bruchstücke" und kurzzeitige Teilchenzusammenschlüsse. Ein geordneter Zerfall ist bei den hohen Teilchenenergien ausgeschlossen.

2.2 Die Grundfrage der Analyse 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 (den leichten Mesonen) aufgebaut sind und diese wiederum aus den noch leichteren, elementaren Teilchen Positron und Elektron. Die Struktur der Atomkerne ist sozusagen zweistufig oder verschachtelt: Positron und Elektron bilden leichte Teilchen und diese schließen sich zu den Atomkernen zusammen. Dieser analytische Gedankengang ist allerdings der heutigen Physik fremd. Sie sieht in der Theorienbildung den einzigen zielführenden Weg der Erkenntnis. Das gegenwärtig so sicher geglaubte Weltbild der Physik steht damit auf tönernen Füßen.

Auf den weiteren Seiten folgt eine Analyse der Teilchenstrukturen bis hin zu den Strukturen der Atomkerne. Es wird dabei 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.