Atome
Ein Atom besteht aus einem Kern und einer Elektronenhülle. Die negativ geladenen Elektronen bewegen sich in definierten Bahnen (Schalen) um den Kern. Da ihre Anzahl der der Protonen entspricht, ist ein Atom elektrisch neutral. Der Kern ist zwar winzig, enthält aber nahezu die gesamte Masse des Atoms. Die Anordnung der Elektronen bestimmt die chemischen Eigenschaften und das Bindungsverhalten eines Atoms. 

  • Protonen, positiv geladene Teilchen, deren Anzahl (Ordnungszahl) das Element bestimmt
  • Neutronen, elektrisch neutrale Teilchen, die zur Stabilität und Masse des Kerns beitragen 

 

Leptonen

Leptonen sind leichte Elementarteilchen, die nicht der starken Wechselwirkung unterliegen. Es gibt sechs Arten. Leptonen spielen eine zentrale Rolle bei der elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkung – allen voran das Elektron, das essenziell für Elektrizität und chemische Bindungen ist. 

  • Elektron
  • Elektron-Neutrino
  • Myon
  • Myon-Neutrino
  • Tauon
  • Tauon-Neutrino 

 

Quarks
Quarks sind fundamentale Bausteine der Materie. Sie kommen in sechs "Flavours" vor. Protonen bestehen aus zwei Up- und einem Down-Quark, Neutronen aus zwei Down- und einem Up-Quark. Zusammen bilden sie Baryonen, die neben Mesonen (bestehend aus Quark + Antiquark) zur Gruppe der Hadronen zählen. Die Quarks werden durch Gluonen mittels der starken Wechselwirkung zusammengehalten.

 

  • Up (u)
  • Down (d)
  • Charm (c)
  • Strange (s)
  • Top (t)
  • Bottom (b) 

 

Elektronen
Elektronen sind für den Aufbau von Atomen und für alle chemischen Bindungen verantwortlich. In leitfähigen Materialien wie Metallen bewegen sie sich weitgehend frei und ermöglichen den Fluss von elektrischem Strom. Beim Wechsel ihres Energieniveaus absorbieren oder emittieren sie Photonen – Grundlage für optische Technologien wie LED, Laser oder Spektralanalyse. Die Vorstellung, dass sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und eine „feste“ Hülle bilden, erklärt, warum Materie für uns fest erscheint, obwohl sie größtenteils aus leerem Raum besteht.

 

Eichbosonen – Träger der Grundkräfte
Die vier fundamentalen Wechselwirkungen werden durch spezifische Eichbosonen vermittelt. Sie übertragen Kräfte zwischen Teilchen. Während Gluonen eine Farbladung tragen und sich gegenseitig beeinflussen, sind Photonen masselos und verantwortlich für das gesamte elektromagnetische Spektrum. Die W- und Z-Bosonen hingegen sind sehr massiv und treten nur bei Hochenergieprozessen auf.

 

  • Photonen → elektromagnetische Kraft
  • Gluonen → starke Wechselwirkung
  • W⁺/W⁻/Z⁰-Bosonen → schwache Wechselwirkung
  • Gravitonen (theoretisch) → Gravitation
     
Higgs-Feld
Das Higgs-Feld verleiht Teilchen ihre Masse: Je stärker sie mit diesem Feld interagieren, desto schwerer sind sie. Diese Wechselwirkung wird durch das 2012 entdeckte Higgs-Boson vermittelt. Es ist ein zentrales Element des Standardmodells der Teilchenphysik.

 

Stringtheorie (theoretisches Modell)
Die Stringtheorie ersetzt punktförmige Teilchen durch winzige, schwingende „Strings“. Jede Schwingung entspricht einem bestimmten Teilchen. Die Theorie postuliert bis zu 11 Raum-Zeit-Dimensionen, von denen viele für uns nicht sichtbar sind. Ihr Ziel: eine vereinheitlichte Theorie aller Grundkräfte, also eine „Theorie von allem“. 

 

Die vier Grundkräfte

  • Gravitation – schwächste Kraft, wirkt über große Distanzen
  • Elektromagnetische Kraft – wirkt zwischen geladenen Teilchen, z. B. bei Licht oder Magnetfeldern
  • Starke Wechselwirkung – hält Quarks zusammen; extrem stark, aber kurzreichweitig
  • Schwache Wechselwirkung – verantwortlich für radioaktive Zerfälle und Wasserstofffusion in Sternen

 

Menschen
Man geht in der Physik von einem Norm-Menschen mit einer Masse von etwa siebzig Kilogramm aus, der aus vierzehn verschiedenen Elementen besteht. Mit Hilfe des Periodensystems der Elemente und der Avogadro-Konstanten (6,02214076 x 10^23) erhalten wir gerundet 9 x 10^24 Protonen und 5 x 10^24 Neutronen und ebenfalls 9 x 10^24 Elektronen, da deren Anzahl immer gleich der Anzahl der Protonen ist. Da Protonen aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark und Neutronen aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark bestehen, erhalten wir 23 x 10^24 Up-Quarks und 19 x 10^24 Down-Quarks, also insgesamt 42 x 10^24 Quarks. Mit den 9 x 10^24 Elektronen besteht der physische Körper eines Menschen somit aus insgesamt 51 x 10^24 oder 51 Quadrillionen(!)Teilchen beziehungsweise Energiefäden.

 

 

Element

Masse

Atommasse

Protonen

Gesamt ( x 10^24 )

Neutronen

Gesamt ( x 10^24 )

Sauerstoff

45,5

16

8

3,4250125

8

3,4250125

Kohlenstoff

12,6

12

6

1,26462

6

1,26462

Wasserstoff

7,00

1

1

4,2154

-

-

Stickstoff

2,10

14

7

0,18066

7

0,18066

Calcium

1,05

40

20

0,0315

20

0,0315

Phosphor

0,70

31

15

0,02810266667

16

0,02634625

Schwefel

0,175

32

16

0,006586717036

16

0,006586717036

Kalium

0,140

39

19

0,00437263158

20

0,004154

Natrium

0,105

23

11

0,005748272727

12

0,00526925

Chlor

0,105

36

17

0,003719470588

19

0,003327947368

Magnesium

0,035

24

12

0,0017556416667

12

0,0017556416667

Eisen

0,004

56

26

0,000009264615385

30

0,00008029333333

Kupfer

0,0001

64

29

0,000002076551724

35

0,000001720571429

Jod

0,00003

127

53

0,0000003408679245

74

0,0000002441351351


69,514



9,167573739


4,949315339