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Die Materie unserer gewöhnlichen Umgebung einschließlich der belebten Materie ist aus unterschiedlichsten Atomen gebildet. Manche Stoffe bestehen fast nur aus Atomen derselben Sorte, wie beispielsweise fast reines Silber und Gold, die meisten Stoffe setzen sich aus Atomen unterschiedlichster Sorten zusammen, wobei zwei oder mehr Atome sich zu Atomgruppen, den Molekülen, verbinden. Das einfachste,eichteste Atom ist das Wasserstoffatom, das so bezeichnet wird,weil es Bestandteil des Wassermoleküls ist,in dem zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind. Der Chemiker kann unter Verwendung von Chemikalien Stoffe verändern, einen Stoff in einen anderen verwandeln,Stoffe in Bestandteile zerlegen. Doch gleich wie er es macht, er kann höchstens Atome einer bestimmten Sorte erzeugen, wie beispielsweise Wasserstoffatome oder Goldatome, nie kleinere Teilchen;ein Atom-zu Deutsch Unteilbares-ist mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegbar.
Atome sind jedoch nicht die kleinsten Teilchen. Sie sind selber Teilchenverbände.Aus diesen Teilchenverbänden lassen sich einzelne Teilchen nur mit physikalischen Mitteln herauslösen, wie beispielsweise durch Bestrahlen mit Licht hinreichend hoher Energie oder durch Beschießen mit anderen Teilchen.
Das Wasserstoffatom besteht aus zwei Teilchen,dem Proton und dem Elektron. Beide Teilchen sind gleich stark, doch entgegengesetzt elektrisch geladen,wobei die Protonenladung als positiv, die Elektronenladung als negativ bezeichnet wird;das Proton hat etwa 2000-mal mehr Masse als das Elektron, weshalb ein Elektron viel beweglicher ist als ein Proton. Aufgrund ihrer elektrischen Kraft ziehen sie sich an;im gebundenen Zustand des Wasserstoffatoms schwingt das Elektron mit großer Geschwindigkeit um das Proton herum. Nach außen erscheint das Wasserstoffatom elektrisch neutral.
Atome, die schwerer als das Wasserstoffatom sind, enthalten neben Protonen und Elektronen auch noch die elektrisch neutralen Neutronen, deren Masse etwa so groß ist wie die Protonenmasse. dass die elektrisch neutralen Neutronen in Atomen gebunden sind, liegt an einer zwischen Protonen und Neutronen wirkenden besonders starken Kraft.
Freie elektrische Ladungen, insbesondere in Form von freien Elektronen,freien Protonen und Ionen,kommen sowohl auf der Erdoberfläche als auch in der Atmosphäre vor. An Kunststoffen kann es zum Knistern kommen, sprühen irgendwo Funken,so fließen Ladungen, Blitz und Donner entstehen, wenn elektrisch aufgeladene Wolken sich entladen. Ionen, die frei in der Atmosphäre vorkommen, sind Atome oder Moleküle, denen ein oder mehrere Elektronen entrissen wurden - dann sind sie aufgrund des Protonenüberschusses positiv geladen - oder die ein oder mehrere Elektronen aufgenommen haben - dann sind sie negativ geladen. Von der Sonne kommen fortwährend elektrisch geladene Teilchen - insbesondere Protonen und Elektronen - mit hoher Geschwindigkeit in den Weltraum geflogen.
Elektron, Proton und Neutron sind diejenigen winzigen subatomaren Strukturen, aus welchen unsere Erde und die lebende Materie auf ihr gebildet sind. Während das Elektron und das Proton nicht nur im gebundenen Zustand, sondern auch für sich allein beständig sind, zerfällt das freie Neutron verhältnismäßig schnell; nach 17 Minuten ist etwa die Hälfte einer ursprünglich vorhandenen Anzahl von Neutronen zerfallen. Dabei entstehen aus jedem Neutron drei Teilchen: ein Proton, ein Elektron sowie ein drittes Teilchen, welches ungeladen ist, keine oder fast keine Masse hat und entweder mit Lichtgeschwindigkeit oder nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegt; es ist eine der Teilchensorten, die als Neutrinos bezeichnet werden und die fast nicht mit Materie wechselwirken, weswegen noch nicht festgestellt werden konnte, ob sie tatsächlich masselos sind und mit Lichtgeschwindigkeit fliegen. Neutrinos entstehen laufend in riesiger Zahl bei der Energieproduktion im Innersten der Sonne und breiten sich in den Weltraum aus.
In Vielfalt werden Elementarteilchen - wie die winzigen Materiestrukturen genannt werden - erzeugt durch Stöße von Teilchen untereinander. Auf natürliche Weise geschieht dies, wenn aus den Tiefen des Weltraums mit hoher Geschwindigkeit heranfliegende Teilchen unterschiedlichster Art auf Teilchen der Erdatmosphäre oder auf die Erdoberfläche treffen, auf künstliche Weise in Beschleunigeranlagen, in denen Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden und aufeinanderstoßen. Werden zwei Protonen mit genügend hoher Geschwindigkeit zum Kollidieren gebracht, so kommen dabei meistens drei Protonen sowie ein viertes Teilchen heraus, welches die gleiche Masse und eine gleich große, aber entgegengesetzte Ladung besitzt wie das Proton. Für diese Reaktion gilt wie für sämtliche bekannten physikalischen Reaktionen die Erhaltung der Gesamtenergie und des Gesamtimpulses. Gesamtenergie und Gesamtimpuls nach der Reaktion sind so groß wie Gesamtenergie und Gesamtimpuls vor der Reaktion. Bei der Proton-Proton-Reaktion wird ein Teil der Bewegungsenergie der beiden aufeinanderstoßenden Protonen zur Erzeugung des dritten Protons und des vierten Teilchens mit entgegengesetzter Ladung, des Antiprotons, genutzt. Die Bezeichnung Antiproton rührt daher, dass ein Proton und ein Antiproton, wenn sie aufeinander treffen, sich vernichten; die Energie wird umgewandelt in eine Anzahl von Teilchen mit deutlich geringerer Masse, in die Pionen, beispielsweise in ein positiv geladenes, in ein negativ geladenes und ein elektrisch neutrales Pion. Die Massen der Pionen sind geringfügig unterschiedlich. Die Ruhemasse des elektrisch neutralen Pions ist 264-mal so groß wie die Elektronenmasse, diejenige der beiden geladenen Pionen ist je 273-mal so groß wie die Elektronenmasse.
Pionen sind jedoch nicht beständig. Sie existieren wie alle Elementarteilchen mit Ausnahme von Elektronen, Protonen, Neutronen und Neutrinos und deren Antiteilchen nur eine äußerst kurze Zeit. Eine bestimmte Anzahl von neutralen Pionen ist bereits nach einem zehntel Billiardstel einer Sekunde zur Hälfte in so genannte Gammaquanten zerfallen, welche die Teilchen des energiereichsten Teils des bekannten elektromagnetischen Strahlungsspektrums sind, von dem das sichtbare Licht nur ein kleiner Ausschnitt ist. Elektromagnetische Strahlung ist masselos, das heißt trägheitslos, und breitet sich mit etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde aus. Aus einem positiv geladenen Pion entsteht letztlich ein Positron, ein Neutrino und ein Antineutrino, aus einem negativ geladenen ein Elektron, ein Neutrino und ein Antineutrino.
Der sichere experimentelle Nachweis des Antiprotons gelang 1955, als ein Protonenbeschleuniger zur Erzeugung genügend hoher Protonenenergien verfügbar wurde. Zuvor deuteten bereits Ergebnisse von Untersuchungen der so genannten Höhenstrahlung auf das Vorhandensein von Antiprotonen hin. Höhenstrahlung oder kosmische Strahlung ist der Sammelbegriff für die bereits erwähnten aus dem Weltraum kommenden hochenergetischen Teilchen und jene vielen freien Teilchen wie Neutronen, Protonen, Elektronen, Neutrinos, welche entstehen, wenn die Teilchen aus dem Weltraum auf Elektronen und Kerne der Luftmoleküle stoßen.
In der Höhenstrahlung wurde 1932 das Antiteilchen des Elektrons, das Positron, entdeckt, welches die gleiche Masse und eine gleich große, jedoch entgegengesetzte Ladung besitzt wie das Elektron. Sobald ein Positron auf ein freies oder gebundenes Elektron stößt, vernichten sie sich gegenseitig; sie zerstrahlen direkt in zwei Gammaquanten, die sich nach entgegengesetzten Richtungen ausbreiten. Umgekehrt vernichten sich zwei Gammaquanten, die sich durch nichts unterscheiden, in der Nähe schwerer Atomkerne; es entstehen ein Elektron und ein Positron.
Antineutronen wurden ein Jahr nach der Entdeckung des Antiprotons am gleichen Beschleuniger beobachtet. Beim Beschießen von Materie mit Antiprotonen entstehen aus einem Proton und einem Antiproton ein Neutron, ein Antineutron und ein ungeladenes Pion. Neutron und Antineutron unterscheiden sich durch umgekehrt orientierte magnetische Momente in Bezug auf ihren Drehimpuls. Treffen sie aufeinander, so zerstrahlen sie zu Pionen.
In der Umgebung gewöhnlicher Materie können Antiteilchen nur sehr kurzzeitig existieren, da es durch schnell erfolgenden Stoß mit Teilchen zum Zerstrahlen kommt.
Könnten Antiprotonen, Antineutronen und Positronen irgendwo isoliert existieren, so könnte sich beständige Antimaterie bilden. Ein Antiwasserstoffatom bestünde aus einem Antiproton mit negativer Ladung und einem Positron mit positiver Ladung. Schwerere Antiatome wären aus mehreren Antiprotonen und Antineutronen und einer Hülle von Positronen aufgebaut. 1995 gelang es einer Forschergruppe, am Europäischen Kernforschungszentrum CERN einige Antiwasserstoffatome zu erzeugen. Nachgewiesen wurden die Antiwasserstoffatome in komplizierter Weise indirekt, nicht direkt durch ihr spektrales Licht, das sie bei Beleuchtung mit Licht aussenden würden, wobei dann noch sichergestellt sein müsste, dass Wasserstoffatome nicht vorhanden sind, da gemäß der Teilchentheorie Antiatome so leuchten wie die zugehörigen Atome. Ein Stück Kupfer aus Antimaterie würde so aussehen wie das gewöhnliche Kupfer. Kämen ein Stück Kupfer und ein Stück Antikupfer zusammen, so würden sich Atome und Antiatome explosionsartig vernichten.
Ob irgendwo im fernen Weltraum kurioserweise Antimaterie sich bildete, entzieht sich unseren physikalischen und astronomischen Kenntnissen. Aus der Ursprungsphase der Entwicklung des expandierenden Kosmos heraus wäre die Bildung von Antimaterie denkbar, wenn innerhalb eines Teilbereichs eines kurzzeitig vorhandenen Teilchen-Antiteilchen-Gases ein Überschuss von Antiteilchen statt Teilchen sich ergeben hätte.
Atome sind jedoch nicht die kleinsten Teilchen. Sie sind selber Teilchenverbände.Aus diesen Teilchenverbänden lassen sich einzelne Teilchen nur mit physikalischen Mitteln herauslösen, wie beispielsweise durch Bestrahlen mit Licht hinreichend hoher Energie oder durch Beschießen mit anderen Teilchen.
Das Wasserstoffatom besteht aus zwei Teilchen,dem Proton und dem Elektron. Beide Teilchen sind gleich stark, doch entgegengesetzt elektrisch geladen,wobei die Protonenladung als positiv, die Elektronenladung als negativ bezeichnet wird;das Proton hat etwa 2000-mal mehr Masse als das Elektron, weshalb ein Elektron viel beweglicher ist als ein Proton. Aufgrund ihrer elektrischen Kraft ziehen sie sich an;im gebundenen Zustand des Wasserstoffatoms schwingt das Elektron mit großer Geschwindigkeit um das Proton herum. Nach außen erscheint das Wasserstoffatom elektrisch neutral.
Atome, die schwerer als das Wasserstoffatom sind, enthalten neben Protonen und Elektronen auch noch die elektrisch neutralen Neutronen, deren Masse etwa so groß ist wie die Protonenmasse. dass die elektrisch neutralen Neutronen in Atomen gebunden sind, liegt an einer zwischen Protonen und Neutronen wirkenden besonders starken Kraft.
Freie elektrische Ladungen, insbesondere in Form von freien Elektronen,freien Protonen und Ionen,kommen sowohl auf der Erdoberfläche als auch in der Atmosphäre vor. An Kunststoffen kann es zum Knistern kommen, sprühen irgendwo Funken,so fließen Ladungen, Blitz und Donner entstehen, wenn elektrisch aufgeladene Wolken sich entladen. Ionen, die frei in der Atmosphäre vorkommen, sind Atome oder Moleküle, denen ein oder mehrere Elektronen entrissen wurden - dann sind sie aufgrund des Protonenüberschusses positiv geladen - oder die ein oder mehrere Elektronen aufgenommen haben - dann sind sie negativ geladen. Von der Sonne kommen fortwährend elektrisch geladene Teilchen - insbesondere Protonen und Elektronen - mit hoher Geschwindigkeit in den Weltraum geflogen.
Elektron, Proton und Neutron sind diejenigen winzigen subatomaren Strukturen, aus welchen unsere Erde und die lebende Materie auf ihr gebildet sind. Während das Elektron und das Proton nicht nur im gebundenen Zustand, sondern auch für sich allein beständig sind, zerfällt das freie Neutron verhältnismäßig schnell; nach 17 Minuten ist etwa die Hälfte einer ursprünglich vorhandenen Anzahl von Neutronen zerfallen. Dabei entstehen aus jedem Neutron drei Teilchen: ein Proton, ein Elektron sowie ein drittes Teilchen, welches ungeladen ist, keine oder fast keine Masse hat und entweder mit Lichtgeschwindigkeit oder nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegt; es ist eine der Teilchensorten, die als Neutrinos bezeichnet werden und die fast nicht mit Materie wechselwirken, weswegen noch nicht festgestellt werden konnte, ob sie tatsächlich masselos sind und mit Lichtgeschwindigkeit fliegen. Neutrinos entstehen laufend in riesiger Zahl bei der Energieproduktion im Innersten der Sonne und breiten sich in den Weltraum aus.
In Vielfalt werden Elementarteilchen - wie die winzigen Materiestrukturen genannt werden - erzeugt durch Stöße von Teilchen untereinander. Auf natürliche Weise geschieht dies, wenn aus den Tiefen des Weltraums mit hoher Geschwindigkeit heranfliegende Teilchen unterschiedlichster Art auf Teilchen der Erdatmosphäre oder auf die Erdoberfläche treffen, auf künstliche Weise in Beschleunigeranlagen, in denen Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden und aufeinanderstoßen. Werden zwei Protonen mit genügend hoher Geschwindigkeit zum Kollidieren gebracht, so kommen dabei meistens drei Protonen sowie ein viertes Teilchen heraus, welches die gleiche Masse und eine gleich große, aber entgegengesetzte Ladung besitzt wie das Proton. Für diese Reaktion gilt wie für sämtliche bekannten physikalischen Reaktionen die Erhaltung der Gesamtenergie und des Gesamtimpulses. Gesamtenergie und Gesamtimpuls nach der Reaktion sind so groß wie Gesamtenergie und Gesamtimpuls vor der Reaktion. Bei der Proton-Proton-Reaktion wird ein Teil der Bewegungsenergie der beiden aufeinanderstoßenden Protonen zur Erzeugung des dritten Protons und des vierten Teilchens mit entgegengesetzter Ladung, des Antiprotons, genutzt. Die Bezeichnung Antiproton rührt daher, dass ein Proton und ein Antiproton, wenn sie aufeinander treffen, sich vernichten; die Energie wird umgewandelt in eine Anzahl von Teilchen mit deutlich geringerer Masse, in die Pionen, beispielsweise in ein positiv geladenes, in ein negativ geladenes und ein elektrisch neutrales Pion. Die Massen der Pionen sind geringfügig unterschiedlich. Die Ruhemasse des elektrisch neutralen Pions ist 264-mal so groß wie die Elektronenmasse, diejenige der beiden geladenen Pionen ist je 273-mal so groß wie die Elektronenmasse.
Pionen sind jedoch nicht beständig. Sie existieren wie alle Elementarteilchen mit Ausnahme von Elektronen, Protonen, Neutronen und Neutrinos und deren Antiteilchen nur eine äußerst kurze Zeit. Eine bestimmte Anzahl von neutralen Pionen ist bereits nach einem zehntel Billiardstel einer Sekunde zur Hälfte in so genannte Gammaquanten zerfallen, welche die Teilchen des energiereichsten Teils des bekannten elektromagnetischen Strahlungsspektrums sind, von dem das sichtbare Licht nur ein kleiner Ausschnitt ist. Elektromagnetische Strahlung ist masselos, das heißt trägheitslos, und breitet sich mit etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde aus. Aus einem positiv geladenen Pion entsteht letztlich ein Positron, ein Neutrino und ein Antineutrino, aus einem negativ geladenen ein Elektron, ein Neutrino und ein Antineutrino.
Der sichere experimentelle Nachweis des Antiprotons gelang 1955, als ein Protonenbeschleuniger zur Erzeugung genügend hoher Protonenenergien verfügbar wurde. Zuvor deuteten bereits Ergebnisse von Untersuchungen der so genannten Höhenstrahlung auf das Vorhandensein von Antiprotonen hin. Höhenstrahlung oder kosmische Strahlung ist der Sammelbegriff für die bereits erwähnten aus dem Weltraum kommenden hochenergetischen Teilchen und jene vielen freien Teilchen wie Neutronen, Protonen, Elektronen, Neutrinos, welche entstehen, wenn die Teilchen aus dem Weltraum auf Elektronen und Kerne der Luftmoleküle stoßen.
In der Höhenstrahlung wurde 1932 das Antiteilchen des Elektrons, das Positron, entdeckt, welches die gleiche Masse und eine gleich große, jedoch entgegengesetzte Ladung besitzt wie das Elektron. Sobald ein Positron auf ein freies oder gebundenes Elektron stößt, vernichten sie sich gegenseitig; sie zerstrahlen direkt in zwei Gammaquanten, die sich nach entgegengesetzten Richtungen ausbreiten. Umgekehrt vernichten sich zwei Gammaquanten, die sich durch nichts unterscheiden, in der Nähe schwerer Atomkerne; es entstehen ein Elektron und ein Positron.
Antineutronen wurden ein Jahr nach der Entdeckung des Antiprotons am gleichen Beschleuniger beobachtet. Beim Beschießen von Materie mit Antiprotonen entstehen aus einem Proton und einem Antiproton ein Neutron, ein Antineutron und ein ungeladenes Pion. Neutron und Antineutron unterscheiden sich durch umgekehrt orientierte magnetische Momente in Bezug auf ihren Drehimpuls. Treffen sie aufeinander, so zerstrahlen sie zu Pionen.
In der Umgebung gewöhnlicher Materie können Antiteilchen nur sehr kurzzeitig existieren, da es durch schnell erfolgenden Stoß mit Teilchen zum Zerstrahlen kommt.
Könnten Antiprotonen, Antineutronen und Positronen irgendwo isoliert existieren, so könnte sich beständige Antimaterie bilden. Ein Antiwasserstoffatom bestünde aus einem Antiproton mit negativer Ladung und einem Positron mit positiver Ladung. Schwerere Antiatome wären aus mehreren Antiprotonen und Antineutronen und einer Hülle von Positronen aufgebaut. 1995 gelang es einer Forschergruppe, am Europäischen Kernforschungszentrum CERN einige Antiwasserstoffatome zu erzeugen. Nachgewiesen wurden die Antiwasserstoffatome in komplizierter Weise indirekt, nicht direkt durch ihr spektrales Licht, das sie bei Beleuchtung mit Licht aussenden würden, wobei dann noch sichergestellt sein müsste, dass Wasserstoffatome nicht vorhanden sind, da gemäß der Teilchentheorie Antiatome so leuchten wie die zugehörigen Atome. Ein Stück Kupfer aus Antimaterie würde so aussehen wie das gewöhnliche Kupfer. Kämen ein Stück Kupfer und ein Stück Antikupfer zusammen, so würden sich Atome und Antiatome explosionsartig vernichten.
Ob irgendwo im fernen Weltraum kurioserweise Antimaterie sich bildete, entzieht sich unseren physikalischen und astronomischen Kenntnissen. Aus der Ursprungsphase der Entwicklung des expandierenden Kosmos heraus wäre die Bildung von Antimaterie denkbar, wenn innerhalb eines Teilbereichs eines kurzzeitig vorhandenen Teilchen-Antiteilchen-Gases ein Überschuss von Antiteilchen statt Teilchen sich ergeben hätte.
, steht das kurz und knapp. Zur Not die letzte Seite durchlesen. Wie auch immer:
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