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Kernkräfte

Die moderne Nukleartheorie basiert auf der Annahme, dass Atomkerne aus Neutronen und Protonen bestehen, die durch die extrem starken „Kernkräfte” zusammengehalten werden. Um diese Kräfte erklären zu können, müssen die Neutronen und Protonen voneinander getrennt werden; dazu beschießt man sie mit sehr hochenergetischen Teilchen. Bei solchen Experimenten hat man über 200 so genannte Elementarteilchen gefunden, winzige Bausteine der Materie, die meist eine Lebensdauer von unter einer hundertmillionstel Sekunde haben.

Die subnukleare Welt ließ sich erstmals in den kosmischen Strahlen erkennen. Diese Strahlen bestehen aus hochenergetischen Teilchen, die aus den Tiefen des Alls kommen und die Erde treffen; viele von ihnen gelangen durch die Atmosphäre, manche erreichen sogar den Erdboden. Zu den kosmischen Strahlen gehört eine Vielzahl von verschiedenen Teilchen, von denen manche eine Energie haben, die sich mit keinem Teilchenbeschleuniger erreichen lässt. Wenn solche Teilchen auf einen Atomkern treffen, können neue Teilchen entstehen. Zu den ersten Teilchen, die man dabei beobachtet hat, gehören die Myonen (erstmals 1937 nachgewiesen). Das Myon ist im Wesentlichen ein schweres Elektron und kann entweder positiv oder negativ geladen sein. Es ist ungefähr 200mal schwerer als das Elektron. Im Jahr 1935 sagte der japanische Physiker Hideki Yukawa die Existenz des Pions voraus, das dann 1947 auch nachgewiesen werden konnte. Yukawa erhielt 1949 den Nobelpreis für Physik. Nach der verbreitetsten Theorie werden die Kernbestandteile durch „Austauschkräfte” zusammengehalten. Beim Wirken einer solchen Kraft tauschen Protonen oder Neutronen kontinuierlich die gemeinsamen Pionen aus. Die Bindung von Protonen und Neutronen lässt sich also mit der Bindung von zwei Atomen zu einem Molekül vergleichen, die ihr gemeinsames Elektronenpaar austauschen. Das Pion ist 270mal schwerer als das Elektron. Es kann positive, negative oder gar keine Ladung tragen.