Unteilbare oder elementare Teilchen

In dem Abschnitt über das Atommodell nach Demokrit habe ich erwähnt, dass die Bezeichnung "Atom" unteilbar bedeutet. Seit der Entdeckung der Elektrons, spätestens aber seit der Entdeckung der Kernspaltung ist nun bekannt, dass Atome nicht unteilbar sind. Sind denn nun andere Teilchen, die man kennt unteilbar?

Bei den Elektronen, die den Atomkern umschwirren hat man bis heute keine Anzeichen dafür gefunden, dass sie aus anderen Teilchen aufgebaut sein könnten. Man hat keine innere Struktur entdecken können und man konnte sie auch nicht in kleinere Teilchen zerteilen. Man kann sie also als "unteilbar" oder "elementar" bezeichnen.

Der Atomkern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut. Jedes dieser Teilchen besteht aber, wie man heute weiß aus drei kleineren Teilchen. Diese Teilchen nennt man Quarks. Quarks sind, wie die Elektronen, nach dem heutigen Stand des Wissens nicht weiter zerlegbar.

Natürlich ist es nicht ausgeschlossen, dass man irgendwann Teilchen finden wird, aus denen Quarks und Elektronen aufgebaut sind. Die Forschung hierzu ist noch lange nicht abgeschlossen. Den aktuellen Stand der Forschung habe ich in kurzen Zügen im Kapitel Elementarteilchen dargestellt.

Sind Photonen unteilbar?

Auch das Photon, das "Lichtteilchen", ist ein elementares Teilchen. Das besondere am Photon ist aber, dass es erzeugt und vernichtet werden kann. Jedes leuchtende Atom erzeugt Photonen. Diese Photonen werden von dunklen Oberflächen absorbiert (vernichtet). Die Zahl der Photonen ist also nicht fest, es können leicht neue Photonen erzeugt und bestehende vernichtet werden. In einigen Stoffen ist es sogar möglich, dass ein Photon in zwei Photonen aufgeteilt wird, die je einen Teil der Energie mit sich nehmen. Man kann Photonen also scheinbar teilen.

Trotz dieser Teilbarkeit sind Photonen elementar, weil sie nicht aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind. Dass man ihre Energie auf zwei Photonen aufteilen kann liegt nur daran, dass sie vernichtet und neu erzeugt werden können. Jede Streuung eines Photons an einem Atom kann als Vernichtung des alten und Erzeugung eines neuen Photons aufgefasst werden. Das Atom nimmt die Energie und den Impuls des Photons auf und gibt sie praktisch sofort wieder ab, indem es ein neues Photon erzeugt. Ebenso ist es einem Atom möglich, Energie abzugeben, indem es zwei Photonen erzeugt.

Ein Prozess, bei dem ein Atom ein Photon absorbiert und die Energie sofort in Form zweier neuer Photonen abgibt sieht also wie die Teilung eines Photons aus. Diese zwei Photonen stecken aber nicht vorher schon in dem ursprünglichen Photon, sondern werden erst bei diesem Prozess erzeugt. Diese "Photonenteilung" ist einem Atom übrigens nur möglich, wenn es sich in einem Kristall mit bestimmten geometrischen Eigenschaften befindet.

 

Letzte Änderung: 05.10.2001