Der Aufbau der Materie:

Die Frage nach den kleinsten Bausteinen der Materie beschäftigte schon die altgriechischen Philosophen - stellvertretend sei hier Demokrit genannt, der das Seiende und Nichtseiende, das Volle und Leere postulierte. Insbesondere hat Demokrit für das unteilbare Teilchen das Wort Atom geprägt: Es gibt nur Atome und leeren Raum; alles andere ist Meinung. Diese Aussage wird von der modernen Kern- und Teilchenphysik aufs Beste bestätigt.

Was verstehen wir heute unter einem Atom? Das Wort Atom wurde im 19. Jahrhundert zur Beschreibung von Elementen des periodischen Systems wie Wasserstoff, Sauerstoff oder Blei benutzt, und dabei belassen wir es, auch wenn wir heute wissen, daß das Atom teilbar ist, also der Bedeutung des Wortes Atom widerspricht.

Als unteilbare Teilchen im Sinne der Altgriechen kennen wir heute die Elektronen und die Quarks. Letztere bilden zusammen mit den Gluonen (den Bindegliedern zwischen den Quarks) die Bestandteile des Protons. Nach heutigem Verständnis sind sowohl die Quarks als auch das Elektron punktförmig; d.h. sie besitzen keine innere Struktur, sind aber doch massiv und tragen eine elektrische Ladung - eine Eigenschaft, die man sich schwer vorstellen kann: wie kann ein Teilchen keine Ausdehnung, aber trotzdem Gewicht haben?

Unser Hauptinteresse betrifft den Aufbau der Protonen aus diesen kleinsten Bestandteilen und der Kräfte zwischen diesen Bausteinen. Im Vordergrund der Forschung steht die Frage, welchen Anteil die Quarks und Gluonen an der Protonmasse und dem Spin haben. Unter dem Spin stellen wir uns eine Eigenschaft vor, die der Drehung eines klassischen Kreisels um seine Symmetrieachse entspricht. Allerdings ist der Spin eine quantenmechanische Eigenschaft von Elementarteilchen.

Als bisher ungelöstes Problem ergibt sich die experimentelle Tatsache, daß die Quarks die physikalischen Eigenschaften des Protons sehr gut definieren, bei der Erklärung des Spins jedoch einen viel zu kleinen Beitrag liefern. Unsere Vermutung, daß die Gluonen einen signifikanten Beitrag zum Spin liefern, wird in einem zukünftigen Experiment am europäischen Forschungslabor in Genf nächstes Jahr getestet werden.

Kontakt:
Professor Dr. Kay Königsmann
Fakultät für Physik
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