Standardmodell
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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen finden sich unter Standardmodell (Begriffsklärung). |
Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik beschreibt die bekannten Elementarteilchen und drei der vier elementaren Wechselwirkungen. Es enthält die Quantenfeldtheorien der starken Wechselwirkung und der elektroschwachen Wechselwirkung sowie die Massen und Ladungen der Elementarteilchen.
Das Standardmodell der Teilchenphysik scheint alle bisher beobachteten teilchenphysikalischen Beobachtungen zu erklären. Allerdings gibt es Annahmen, dass das Standardmodell der Teilchenphysik unvollständig ist. Diese Annahmen beruhen neben ästhetischen Schwächen insbesondere darauf, dass die gravitative Wechselwirkung im Standardmodell gar nicht beschrieben wird. Auch die inzwischen bestätigte endliche Ruhemasse der Neutrinos führt über die Theorie des Standardmodells hinaus.
Es existieren eine Vielzahl alternativer Modelle; aufgrund des großen Erfolgs des Standardmodells handelt es sich hierbei oft um Erweiterungen (also nicht um völlig verschiedene Ansätze). Die bekanntesten Ansätze für neue Modelle sind Versuche zur Vereinigung der drei im Standardmodell vorkommenden Wechselwirkungen in einer Großen vereinheitlichten Theorie (GUT). Ein anderer Ansatz zur Erweiterung des Standardmodells sind Theorien der Quantengravitation. Solche Ansätze beinhalten beispielsweise die Stringtheorien, die auch GUT-Modelle enthalten, sowie die Schleifenquantengravitation.
Die folgende Tabelle liefert eine Übersicht über die Bausteine des derzeitigen Standardmodells:
Fermionen: Materie-Teilchen
| Generation | Teilchen | Symbol | Ladung | Masse / GeV · c−2 |
|---|---|---|---|---|
| Quarks | ||||
| 1 | up | u | +2/3 | 0,0015 bis 0,004 |
| down | d | −1/3 | 0,004 bis 0,008 | |
| 2 | charm | c | +2/3 | 1,15 bis 1,35 |
| strange | s | −1/3 | 0,08 bis 0,14 | |
| 3 | top (truth) | t | +2/3 | 174,3 ± 5,1 |
| bottom (beauty) | b | −1/3 | 4,1 bis 4,4 | |
| Leptonen | ||||
| 1 | Elektron | e − | −1 | 0,00051 |
| Elektronneutrino | νe | 0 | < 2,3 · 10−9 | |
| 2 | Myon | μ − | −1 | 0,10566 |
| Myonneutrino | νμ | 0 | < 1,9 · 10−4 | |
| 3 | Tauon | τ − | −1 | 1,777 ± 0,29 |
| Tauonneutrino | ντ | 0 | < 1,8 · 10−2 | |
Bosonen: Wechselwirkungs-Teilchen und Higgs-Boson
| Teilchen | Symbol | Spin | el. Ladung | Masse in GeV/c² | vermittelte Wechselwirkung | Anmerkung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Photon | γ | 1 | < 5 · 10−30 | < 6 · 10−26 | elektromagnetische WW. | |
| W-Boson | W+, W− | 1 | +1, −1 | 80,403 ± 0,029 | schwache WW. | |
| Z-Boson | Z0 | 1 | 0 | 91,1876 ± 0,0021 | schwache WW. | |
| Gluon | g | 1 | 0 | 0 | starke WW. (Farbkraft) | als einzige Bosonen nicht farbneutral |
| Higgs-Boson | 0 | 0 | (im Bereich 114,4 bis 250) | (verantwortlich für Teilchenmassen) | vorhergesagt, aber bisher nicht nachgewiesen |
Als Eichtheorie steht das Standardmodell scheinbar im Widerspruch zur Existenz massiver Eichbosonen, wie dem W- und dem Z-Boson. Im Jahr 1964 fand der Physiker Peter Higgs eine mögliche Lösung des Problems, indem er das Higgs-Boson postulierte, welches bisher jedoch als einziges Teilchen des Standardmodells experimentell nicht nachgewiesen werden konnte.
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