Dazu gehören die Atombausteine Proton, Neutron und Elektron, ebenso wie Photonen (Licht), Gravitonen (Massenanziehung) und andere mehr.


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Standardmodell der Elementarteilchen nach Fermilab, Illinois, Vereinigte Staaten

© Wikipedia: Fermi National Accelerator Laboratory, 2008
Quanten können immer nur in bestimmten Portionen einer physikalischen Größe (z. B. Energie) auftreten, sie sind mithin die Quantelung dieser Größen. Oft wird mit dem physikalischen Begriff Quant ein Teilchencharakter der betrachteten Größe assoziiert. Dies ist jedoch nur ein Teil der eigentlichen Bedeutung des Begriffs. Ein Gegenbeispiel ist das Drehimpulsquant.

Als physikalischer Terminus wird Quant nicht zur Bezeichnung der atomaren Struktur der Materie (z. B. Quarks) verwendet, obwohl auch hier eine kleinste Mengeneinheit (Quantelung) auftritt.

Beispiele sind:
  • Das Photon als Quant des elektromagnetischen Feldes. Photonen können zwar unterschiedliche diskrete Energieniveaus haben, aber nur als Ganzes erzeugt oder vernichtet werden.
  • Das Phonon als Quant mechanischer Verzerrungswellen im Festkörper.
  • Das Plasmon als Quant einer Anregung im Festkörper, bei der die Ladungsträger gegeneinander schwingen.
  • Das Magnon als Quant magnetischer Anregungen.
  • Das Quant des Drehimpulses, das nicht als Teilchen interpretiert wird.
  • Das Gluon als Quant des Kraftfeldes, welches die Starke Wechselwirkung überträgt.
  • Das Graviton als Quantelungsgröße des Schwerefeldes.
[1]
Die Frage, ob Elektronen oder Lichtquanten (Photonen) Teilchen oder Wellen seien, lässt sich nicht beantworten. Sie sind vielmehr Quantenobjekte, die je nach der Art der Messung, die man an ihnen durchführt, unterschiedliche Eigenschaften in Erscheinung treten lassen. In mehreren Schlüsselexperimenten wurde für verschiedene Quantenobjekte belegt, dass beide Eigenschaften vorliegen, so dass man jedem Körper eine Materiewelle zuschreibt.

In der Alltagswelt taucht der Welle-Teilchen-Dualismus nicht auf, weil die Wellenlänge der Materiewelle bei makroskopischen Körpern um vieles zu klein ist, um Phänomene hervorzurufen, die eindeutig nur mit wellenartigem Verhalten zu erklären sind. Bei sehr kleinen Wellenlängen stimmen Wellenbild und Teilchenbild nämlich trotz der verschiedenen Ansätze in ihren beobachtbaren Konsequenzen überein, wie aus dem Verhältnis von Strahlenoptik und Wellenoptik schon früher bekannt war. Andererseits ist der Welle-Teilchen-Dualismus keineswegs auf die kleinsten Quantenobjekte beschränkt. Er wurde im Experiment auch schon für große Moleküle aus über 800 Atomen nachgewiesen. [2]
Elementarteilchen sind unteilbare subatomare Teilchen und die kleinsten bekannten Bausteine der Materie. Aus theoretischer Sicht sind sie die geringsten Anregungsstufen bestimmter Felder.

Nach dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik gibt es:
  • 18 Arten Quarks (z. B. Atomkernbausteine der Protonen und Neutronen),
  • 6 Arten Leptonen (z. B. Elektronen und Neutrinos),
  • 12 Arten „Austauschteilchen“, sogenannte Eichbosonen (z. B. Photon für elektromagnetische Wechselwirkung, Gluonen und Bosonen für Starke und Schwache Wechselwirkung) und
  • das sogenannte Higgs-Boson (vorhergesagtes Elementarteilchen als Quant des allgegenwärtigen „Higgs-Feldes“).
Das sind 37 Elementarteilchen, hinzu kommen 24 Antiteilchen (Anti-Quarks und Anti-Leptonen, z. B. Positronen). In dieser Zählung ergeben sich also insgesamt 61 Arten von Elementarteilchen.

Die Materie und die Kraft- und Strahlungsfelder der starken, der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung bestehen aus diesen Teilchen in verschiedenen Zusammensetzungen und Zuständen. Beim Gravitationsfeld und den Gravitationswellen sind die zugrundeliegenden Teilchen – die Gravitonen – bislang hypothetisch, bei der Dunklen Materie noch völlig unbekannt.

Die genannten Teilchen sind so klein, dass selbst ein winziges Objekt des Alltagslebens bereits Trilliarden (1021) dieser Teilchen enthält. Zum Beispiel besteht ein Stecknadelkopf aus größenordnungsmäßig 1022 Elektronen und 1023 Quarks.

Alle Elementarteilchen zeigen die Eigenschaft, dass sie (unter Einhaltung bestimmter Erhaltungssätze) erzeugt und vernichtet werden können. [3]
Quarks sind als Elementarteilchen die fundamentalen Bestandteile der Materie. Sie verbinden sich zu zusammengesetzten Teilchen, den Hadronen. Hierzu gehören Protonen und Neutronen, die Bausteine der Atomkerne. Aufgrund eines Phänomens, das als Confinement bekannt ist, werden Quarks nie isoliert gefunden, sondern nur gebunden in Hadronen oder in Quark-Gluon-Plasmen.

Quarks sind die einzigen Elementarteilchen im Standardmodell, die allen vier fundamentalen Wechselwirkungen unterliegen, sowie die einzigen Teilchen, deren elektrische Ladungen keine ganzzahligen Vielfachen der Elementarladung (Elektron oder Proton) sind.

Protonen und Neutronen sind aus Up- und Down-Quarks zusammengesetzt, den Quarks mit der geringsten Masse. Die schwereren Quarks treten nur in sehr kurzlebigen Hadronen auf, die bei hochenergetischen Kollisionen (z. B. in Teilchenbeschleunigern) entstehen und durch die Schwache Wechselwirkung wieder zerfallen. Zu jedem Quark gibt es das entsprechende Antiteilchen (Antiquark), dessen elektrische Ladung und andere Quantenzahlen entgegengesetzte Vorzeichen haben. [4]
  [1]  Wikipedia (de): Quant
  [2]  Wikipedia (de): Welle-Teilchen-Dualismus
  [3]  Wikipedia (de): Elementarteilchen
  [4]  Wikipedia (de): Quark (Physik) 		Wikipedia (en): Quantum
Wikipedia (en): Wave–particle duality
Wikipedia (en): Elementary particle
Wikipedia (en): Quark
Daten
Erfasst werden Sorten von Energiequanten und alle bekannten Elementarteilchen.
Anzahl: etwa 100 Datensätze.
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Quellen und Material
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Wikipedia (de) – Listen
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Wikipedia (en) – Listen
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