Gilligan
genau das war auch mein problem. die medien haben es, vielleicht kläglich keine ahnung, zumindest versucht zu erklären, aber ich hab bis heute nicht durchgeschaut was genau dieses teilchen nun irgendwie zu bedeuten hat. und selber was drüber zu lesen. bzw. einen artikel darüber zu finden, der mir das artgerecht erklärt, war mir zu umständlich. habe dann entschlossen auf die bedeutung zu verzichten und es für mich persönlich, und für mein bewusstsein, als unrelevant zu bezeichnen.
In der Physik gibt es das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik.
Dieses beschreibt alle Teilchen und drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen (elektromagnetische, starke Wechselwirkung [auch Kernkraft genannt] und die schwache Wechselwirkung)
Die Teilchen werden in dieser Theorie durch Felder dargestellt. Es gibt Materiefelder (Leptonen, Quarks) und Eichfelder (Photonen, Gluonen ...). All diese Teilchen ergeben sich aufgrund bestimmter Symmetrieanfoderungen aus der Theorie. Zum Beispiel folgt die Existenz der Photonen aus der Forderung nach einer U(1) Symmetrie.
Skalarfelder kannst du dir als orts- und zeitabhängige Funktionen vorstellen. Zum Beispiel beschreibt man ein Elektron durch das Feld phi(x), wobei hier x drei räumliche und eine zeitliche Koordinate zusammenfasst.
Im nicht relativistischen Fall ist dies das Schrödingerfeld oder wie man es in der Standardquantenmechanik nennt, die Wellenfunktion. Nun fordert man, dass die Physik sich nicht ändert, wenn man eine lokale U(1)-Transformation durchführt. Das bedeutet nichts anderes als, dass man das Feld mit e^(i*f(x)) multipliziert. Dabei ist f(x) eine beliebige funktion. D.h. phi'(x)=e^(i*f(x))*phi(x) muss die gleiche physik beschreiben wie phi(x). Aus dieser Forderung kommt zwingend ein Eichfeld raus, was dem Photonenfeld entspricht, bzw. dem Elektromagnetismus. Man sagt der Elektromagnetismus hat eine U(1)-Eichsymmetrie. Zumindest prinzipiell muss man nicht mehr wissen als dass der Elektromagnetismus eine U(1)-Eichsymmetrie hat und alle Resultate des Elektromagnetismus wie Ladungserhaltung, Existenz von Positronen, Photonen, elektromagnetische Felder, Lorentzkraft, Ladungsquantelung, Wechselwirkung von Photonen mit geladenen Teilchen, ...
ergeben sich daraus. Davon abgesehen findet man über Symmetrie-Anforderungen auch Erhaltungssätze wie die Energieerhaltung oder die Impulserhaltung.
In der modernen Physik herrscht die Meinung, dass das Fundamentalste an der ganzen Physik solche Eichsymmetrien sind und aus diesen Eichsymmetrien ergibt sich der ganze Rest. Die schwache wechselwirkung hat eine SU(2)-Eichsymmetrie und die starke Wechselwirkung eine SU(3) Eichsymmetrie. SU(2) bedeutet, dass man einen zwei komponentigen Vektor als Feld hat und diesen mit einer Matrix multipliziert, die unitär ist und die Determinante 1 hat. Damit ist SU(2) eine dreidimensionale Gruppe (als Folge ergeben sich daraus 3 Eichbosonen, W+, W- und Z Bosonen). SU(3) ist achtdimensional und dem entsprechend hat man 8 Eichbosonen, sogenannte Gluonen. Das macht die starke Wechselwirkungstheorie, die Quantenchromodynamik, so furchtbar aufwendig. Insgesamt sagt man deswegen, dass das Standardmodell eine U(1)xSU(2)xSU(3)-Theorie ist.
Übrigens die Teilchen sind in dieser Theorie nichts anderes als Feldanregungen.
Jetzt gibt es aber ein Problem. Alle Eichbosonen (das Photon ist ein Beispiel davon) haben nach der Theorie die Masse m=0. Bei Photonen ist das ja auch richtig, aber die Eichbosonen der schwachen Wechselwirkung (W und Z Bosonen) haben eine ziemlich große Masse. Dieses Problem wird durch das Higgs-Feld gelöst. Es ist ein Feld, welches den gesamten Raum durchzieht. Das Higgs-Feld koppelt an die Eichbosonen wodurch in den enstehenden Gleichungen Masseterme auftreten. Damit wäre das Problem gelöst. Zum Higgs-Feld hat man viel vertrauen, weil es zum einen konsistent in die Theorie eingefügt werden kann und zum anderen weil sich daraus viele experimentell bereits nachgewiesene Vorhersagen ergeben. Zum Beispiel die Vereinigung von der schwachen Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Wechselwirkung zur elektroschwachen Wechselwirkung. Das Higgs-Boson selbst hat direkt nichts mit der Massenvermittlung zu tun. Es ist eine Anregung des Higgs-Feldes. Weist man das Higgs-Boson nach, hat man auch das Higgs-Feld nachgewiesen.
Mit dem Nachweis des Higgs-Bosons wissen wir, dass das Standardmodell konsistent ist und es ist ein großer Fortschritt für die Teilchenphysik, vergleichbar mit der Relativitätstheorie.
In zwei Wochen habe ich übrigens zu dem Thema eine Prüfung.
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