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Das Standardmodell

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik ist eine physikalische Theorie, die die bekannten Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen beschreibt. Diese durch die drei Wechselwirkungen hervorgerufenen Kräfte, die durch das Standardmodell beschrieben werden, sind

  • die elektromagnetische Kraft, die nicht nur bei elektrischen oder magnetischen Phänomenen auftritt, sondern auch bei allen chemischen und biologischen Vorgängen eine entscheidende Rolle spielt.
  • die schwache Kraft, die für radioaktive beta-Zerfälle verantwortlich ist. Sie hat auch eine wichtige Aufgabe bei der Fusion von Wasserstoff in der Sonne.
  • die starke Kraft, die Atomkerne und deren Bestandteile zusammenhält.

Das Standardmodell ist eine Quantentheorie. In der beobachteten physikalischen Realität entsprechen diese Quanten den Elementarteilchen. Das Standardmodell ist insbesondere auch eine relativistische Theorie, d.h sie folgt den Gesetzten der speziellen Relativitätstheorie.

Der Physiker Helmut Eberl beschreibt das Standardmodell

Die bekannten Teilchen des Standardmodells kann man in drei Kategorien einteilen:

  • Materieteilchen, wie Elektronen oder Quarks, die die bekannte Materie bilden. Es gibt dazu noch zwei Familien von schweren Quarks und Leptonen, welche sehr kurzlebig sind.

  • Kräfteteilchen, die als Austauschteilchen die drei oben beschrieben Kräfte vermitteln.

  • Das Higgs-Boson, als experimentelle Bestätigung des Mechanismus, der den Teilchen ihre Masse vermittelt.

Die Vorhersagen des Standardmodells konnten in zahlreichen Messungen der letzten Jahrzehnte bewiesen werden. Somit stellt das Standardmodell eine der erfolgreichsten physikalischen Theorien dar. Bis jetzt konnte auch kein Teilchen beobachtet werden, das nicht durch dieses Modell beschrieben wird.

Das Standardmodell stellt allerdings keine endgültige Theorie dar. Eine Anzahl von fundamentalen Fragen bleibt unbeantwortet, wie zum Beispiel das sogenannte Hierachieproblem: die fundamentalen Parameter der Theorie und die beobachteten Werte können nicht in Einklang gebracht werden und benötigen weitere Annahmen. Eine andere Fragestellung ist die Vereinigung der Kräfte. Die Messwerte deuten einen möglichen gemeinsamen Ursprung der beobachteten Wechselwirkungen an, die jedoch im Standardmodell nicht realisiert werden kann. Über astronomische Beobachtungen haben wir auch Hinweise auf die Existenz von Materie, die nicht durch das Standardmodell beschrieben wird. Sie wird als Dunkle Materie bezeichnet. Die Suche nach einer Theorie, die  auch die darüber hinausgehenden Fragen beantwortet, ist die zentrale Zielsetzung der Teilchenphysik.