Der heutige Zustand: 1964 - Gegenwart
Das Standard Modell

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In der Mitte der sechziger Jahre wird es den Physikern langsam klar, dass die Vorstellung, alle Materie sei aus Protonen, Neutronen, Elektronen als fundamentalen Bausteinen zusammengesetzt, nicht mehr ausreicht hunderte und aberhunderte neuentdeckter Teilchen zu erklären. Die Quark Theorie löste diese Probleme. Während der letzten dreissig Jahre hat sich diese Theorie - das Standard Modell der Teilchen und Wechselwirkungen - ständig weiterentwickelt und gewinnt in zunehmendem Mass Bestätigung durch neue Experimente an Teilchenbeschleunigern.


Neuentdeckte Teilchen 1964 - heute:

1964

Murray Gell-Mann und George Zweig schlagen versuchsweise die Idee der Quarks vor. Danach sollen Mesonen und Baryonen aus Quark-Antiquarkpaaren bzw. aus drei Quarks - up, down, strange (u, d, s) - zusammengesetzt sein. Quarks haben den Spin (inneren Drehimpuls) 1/2 und tragen elektrische Ladungen von 2/3, -1/3, -1/3 der Elektronenladung e. (Es zeigte sich, dass die ersten Ansätze dieser Theorie nicht sehr genau waren). Weil die oben erwähnten Ladungszustäde nie beobachtet wurden, hat man Quarks mehr als eine mathematische Erklärung der "flavor"Muster, denn als physikalisch reale Objekte betrachtet. Später dann zeigten Fortschritte, sowohl in der Theoria als auch in den Experimenten, dass Quarks als reale, physikalische Objekte aufgefasst werden können, auch wenn sie nicht isoliert auftreten.

1964

Auf Grund der Muster, die sich ergeben, wenn Leptonen nach ihren Quantenzahlen angeordnet werden, wird in mehreren Veröffentlichungen die Existenz einer vierten Quarkart (flavor) vorgeschlagen. Nur wenige Physiker nehmen diesen Vorschlag ernst. Sheldon Glashow und James Bjorken wählen den Ausdruck "Charm" als Namen für dieses vierte (c) Quark.

1965

O.W. Greenberg, M.Y. Han, und Yoichiro Nambu führen die Quark-Eigenschaft der Farbladung ein. Alle beobachteten Hadronen sind farbneutral.

...1966...

Das Quarkmodell wird nur langsam akzeptiert, weil Quarks nicht beobachtet werden.

1967

Steven Weinberg und Abdus Salam schlagen - unabhängig voneinander - eine Theorie vor, welche die elektromagnetische mit der schwachen Wechselwirkung zur elektroschwachen WW vereinigt. Die Theorie verlangt die Existenz eines neutralen, schwach wechselwirkenden Bosons, das heute Z0 genanntwird. Das - damals noch nicht nachgewiesene - Teilchen sollte die schwache Wechselwirkung vermitteln. Ein weiteres massives Boson - das Higgs Boson - wird ebenfalls vorhergesagt. Bis heute ist es jedoch noch nicht beobachtet worden.

1968-69

Am "Stanford Linear Beschleuniger", werden Elektronen an Protonen gestreut. Es stellt sich heraus, dass die Elektronen scheinbar von kleinen, harten Körpern im Innern des Protons zurückgestreut werden. James Bjorken und Richard Feynman analysieren diese Daten unter der Annahme, dass im Innern des Protons weitere Teilchen existieren (der Name "Quarks" tritt bei dieser Analyse nicht auf, obschon das Experiment auf Quarks als innere Bestandteile hinweist).

1970

Sheldon Glashow, John Iliopoulos und Luciano Maiani erkennen - im Zusammehang mit dem Standardmodell - die zwingende Notwendigkeit einer vierten Quarksorte. Das vierte Quark erlaubt eine Theorie mit - von Z0 Trägerteilchen vermittelten - schwachen Wechselwirkungen, bei der die Quarkart (flavor) erhalten bleibt. Wechsel der Quarkart ist dabei ausgeschlossen.

1973

Donald Perkins, analysiert - angespornt durch eine Vorhersage des Standardmodells - einige alte Datensätze von CERN und findet Anzeichen von Ereignissen schwacher Wechselwirkung, die ohne Ladungsaustausch vor sich gehen (Vorgänge, bei denen ein Z0 Teilchen ausgetauscht wird.)

1973

Die Quanten-Feldtheorie der starken Wechselwirkung wird formuliert. Diese Theorie der Quarks und Gluonen (die nun beide zum Standardmodell gehören) hat eine ähnliche Struktur wie die Quanten-Elektrodynamik (QED). Aber weil die starke Wechselwirkung durch Farbladungen hervorgerufen wird, nennt man diese neue Theorie Quanten-Chromodynamik (QCD). Quarks werden als reale Teilchen angesehen, welche Farbladungen tragen. Gluonen sind die masselosen Quanten des starken Kraftfeldes. Die Theorie der starken Wechselwirkung wurde zuerst von Harald Fritzsch und Murray Gell-Mann vorgeschlagen..

1973

David Politzer, David Gross und Frank Wilczek entdecken eine besondere Eigenschaft der Farbtheorie, die heute "asymptotische Freiheit" genannt wird. Die Existenz dieser Eigenschaft war notwendig, um die 1968-69 Daten über die Substruktur des Protons zu beschreiben.

1974

In seinem zusammenfassenden Konferenzbeitrag präsentiert John Iliopoulos zum ersten Mal in einem Bericht einen Überblick über die heute als Standard Modell bekannte Physik. Wenn auch Sie die verschiedenen Aspekte des Standard Modells kennenlernen wollen, so schauen Sie nach unter Der Weg zum Standard Modell nach.

1974 (Nov.)

Burton Richter und Samuel Ting, die Leiter zweier voneinander unabhängiger Experimentiergruppen, zeigen am gleichen Tag an, dass sie dasselbe neue Teilchen entdeckt haben. Ting und seine Mitarbeiter in Brookhaven nannten es "J" Teilchen, während Richter und seine Mitarbeiter am SLAC den Namen "psi" Teilchen verwendeten. Weil die beiden Entdeckungen gleich bewertet werden, nennt man das Teilchen heute "J/psi". Das J/psi Teilchen ist ein Charm-Anticharm Meson.

1976

Gerson Goldhaber und Francois Pierre finden das D0 Meson, bestehend aus anti-Up und Charm Quarks. Die theoretische Vorhersage deckt sich geradezu dramatisch mit dem experimentellen Ergebnis und liefert weitere Unterstützung für die Gültigkeit des Standard Modells.

1976

Am SLAC entdecken Martin Perl und seine Mitarbeiter das Tau Lepton. Dieses Lepton ist das erste nachgewiesene Teilchen der dritten Generation. Es erschien gänzlich unerwartet.

1977

Leon Lederman und seine Mitarbeiter am Fermilab entdecken noch ein weiteres Quark (und das zugehörige Antiquark). Es wird "Bottom" Quark genannt. Nach den Erfahrungen der Physiker treten Quarks immer paarweise auf; deshalb gab diese Entdeckung Ansporn für die Suche nach einem sechsten quark -- "Top."

1978

Charles Prescott und Richard Taylor beobachten bei der Streuung polarisierter Elektronen an Deuteriumkernen eine durch ein Z0 Teilchen hervorgerufene schwache Wechselwirkung. Dieses Ereignis bestätigt eine Paritätsverletzung, wie sie vom Standardmodell verlangt wird.

1979

PETRA, ein Experiment am DESY in Hamburg,welches mit kollidierenden Teilchenstrahlen experimentiert, findet einen eindeutigen Hinweis auf Gluonen, welche von ursprünglichen Quark-Antiquarkpaaren abgestrahlt werden.

1983

Die W± und Z0 Vermittlerteilchen der schwachen Wechselwirkung, welche die elektroschwache Theorie verlangt, werden bei zwei Experimenten am CERN Synchrotron beobachtet. Die experimentelle Technik - Proton - Antiproton Kollisionen - wurde von Carlo Rubbia und Simon Van der Meer entwickelt.

1989

Experimente am SLAC und CERN zeigen, dass drei und nur drei Generationen fundamentaler Teilchen existieren können. Dies wird bewiesen, indem gezeigt wird, dass die gemessene Z0-Boson Lebensdauer nur dann mit der Theorie konsistent wird, wenn genau drei sehr leichte (oder masselose) Neutrinos existieren.

1995

Nach 18 jähriger Suche an vielen Beschleunigern entdecken die CDF und D0 Experimente am Fermilab das Top Quark mit der unerwartet hohen Masse von 175 GeV. Niemand versteht, warum sich diese Masse so sehr von derjenigen der andern fünf Quarks unterscheidet.


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