und erst die Radioaktivität zeigte, dass diese neuen Kräfte für das Verständnis der Kerne so wichtig sind.
Helen: Ich sehe schon, dass du in diesem Bild des Teilchenzoos, die beiden Familien der Fermionen und der Bosonen getrennt hast und bei den Bosonen neben den Photonen als Lichtquanten auch noch W- und Z-Bosonen als Quanten der schwachen Kernkraft und die Gluonen als Quanten der starken Kernkraft eingetragen sind. Aber links bei den Fermionen geht es ja noch wilder zu!
Nach Daten von: www.e18.physik.tu-muenchen.de/skript/Elementarteilchen_fundament.htm
www.desy.de/Kworkquark/all/gereric/1all.ht.
Marie: Und zwei mal drei Quarks! Klingt das nicht ähnlich wie bei Platon, der meinte, die kleinen Körper des Demokrit, die Atome, wären aus lauter Dreiecken aufgebaut? Aber damals war die Drei doch auch so etwas wie eine göttliche Zahl? Die heiligen drei Könige, die Dreieinigkeit, Vater, Sohn und heiliger Geist, und wird nicht Gott in vielen kirchlichen Gemälden auch durch ein Dreieck mit Auge dargestellt?
Der Alchemist: Ja, wenn ein moderner Alchemist in der Sprache der Kirche reden müsste, würde er vielleicht fragen, ob die drei Quarks im Mikrokosmos nicht ebenso ein göttliches Wirken in der Natur widerspiegeln, wie die Dreifaltigkeit im Himmel dann im Makrokosmos.
Doch zurück zu den Quarks und den Gluonen! Sechs Quarks sind in diesem Teilchenzoo mit sechs Buchstaben (u, d, s, c, b, t) eingetragen und daneben noch mal sechs Symbole für die sechs Leptonen, von denen ihr wohl nur das Elektron (e-) kennt. Diese Leptonen sind für uns hier nicht so wichtig. Viele dieser Teilchen fand man zunächst nur in der Höhenstrahlung, die aus dem Weltall zu uns kommt. Für genauere Untersuchungen dieser Exoten haben die Physiker heute aber auch riesige Beschleuniger-Maschinen in großen Forschungszentren aufgebaut, wie in der Schweiz bei Genf im CERN, um zu erforschen, was die Natur im Innersten zusammenhält, und ob man auf dem Weg zur kleinsten physikalisch sinnvollen Länge, der Planck-Länge mit ihren 10-35 m, noch elementarere Teilchen finden könnteBQ2008. Habt ihr vielleicht beim Blättern in der Zeitung mal etwas von der Suche nach dem Higgs-Teilchen gehört?
Helen: Brauchen wir dieses Teilchen auch noch für die Quintessenz?
Der Alchemist: Du hast schon recht. Eigentlich wollte ich euch hier nur zeigen, dass man für das Verständnis aller Zustände im Weltall schon mal was von Quarks und Gluonen gehört haben sollte. Wenn wir jetzt den Blick in diese Richtung, in den Makrokosmos, werfen, werdet ihr sehen, dass wir auch hier wieder auf diesen Teilchenzoo treffen.
Könnt ihr euch vorstellen, wie riesig das Weltalls ist, und was mit unserer normalen Materie, unseren Gasen, Metallen und Gesteinen, im Weltall alles so geschieht?
Auch hier müssen wir die Abmessungen, die Ausdehnungen und Abstände mit Zehnerpotenzen beschreiben. Auf der Erde messen wir Längen mit Fuß, Elle, Schrittlänge oder heute natürlich mit einem Meterstab. Im Weltall kann man den Abstand der Erde von der Sonne als eine besondere natürliche Einheit ansehen. Diese astronomischer Einheit (AE) mit ihren grob 150 Milliarden Metern ist aber winzig im Verhältnis zu der Strecke, die Licht in einem Jahr zurück legt. Diese Strecke, eine Lichtjahr (Lj), beträgt grob 1016 m!
Doch die Astronomen sagen auch noch, dass sie Galaxien im Weltall beobachten, die kurz nach der Entstehung des Weltalls vor etwa 13 Milliarden Jahren entstanden sind. Das Licht von diesen Sternen muss also einen Weg von über 1026 m hinter sich haben!
Marie: Soll sich dabei unser Weltall nicht auch noch ausdehnen?
Der Alchemist: Ja, vor etwa 13 Milliarden Jahren soll das ganze Weltall viel kleiner als ein einzelnes Atom gewesen sein! Das kann sich kein normaler Mensch mehr vorstellen, aber für die Entstehung der heutigen Welt aus einem solchen Anfang gibt es doch viele Hinweise, die in der Kosmologie als Theorie über den Urknall zusammengefasst sind. Dieser Weg vom Urknall bis in unsere heutige Welt berührt auf vielfältige Weise die Welt der hohen Drücke, in die uns unsere Reise führen soll. Vorher möchte ich euch mit einem Blick auf die Zustände im Inneren unserer Erde ein Gefühl für hohe Drücke und hohe Temperaturen in der Natur vermitteln.
Unsere Erde
Der Alchemist: Im folgenden Bild 18 seht ihr grob dargestellt einen Keil als Ausschnitt aus der Erdkugel. Oben die braune Erdkruste mit den dunkelbraunen Landmassen und dem blauen Meer ist etwa 40 km dick und unterscheidet sich in vielen Eigenschaften deutlich von dem darunterliegenden Erdmantel. Die tiefste Tiefseerinne ist etwa 11 km tief, und da eine 10 m hohe Wassersäule gerade einen Druck von 1 bar am Boden erzeugt, steigt der Druck dort an der tiefsten Stelle schon über 1000 bar = 1 kbar.
Marie: Du sprichst hier von bar, aber im Wetterbericht für Segelflieger habe ich mal gehört, dass da der Luftdruck nicht in Millibar sonder in Hektopascal angegeben wird.
Warum denn das?
Der Alchemist: Um den früheren Wirrwarr der verschiedenen Maßeinheiten zu beenden, nicht nur beim Druck, haben sich die Wissenschaftler auf ein Internationales Einheitensystem geeinigt, bei dem die Maßeinheit für den Druck das Pascal ist, mit der Abkürzung Pa. Statt mbar für Millibar, kbar für 1000 bar und Mbar für 1000 kbar verwendet man dort entsprechende Größen in Pa. In der Technik und besonders in der Medizin findet man heute vielfach auch noch ältere Einheiten, wie zum Beispiel das Torr für Millimeter-Quecksilber-Säule beim Blutdruckmessen. Nach internationaler Konvention kann man das Bar auch heute noch verwenden, da 1 bar = 1000 mbar gerade unserem normalen Luftdruck entspricht. Den Reifendruck bei euren Fahrrädern, genauer den Überdruck, messt ihr ja auch noch in bar. Wenn aber wie beim Wetter 100 kPa = 1000 hPa = 100 000 Pa grob unserem Luftdruck entsprechen, dann ist die Einheit Pascal für unsere normale Umgebung offensichtlich sehr klein. Erst mit h für hekto, 100, k für kilo, 1000, M für Mega, 1000 000 = 106, und G für Giga, 109, wird diese Einheit Pascal handlich. Bei unserer Reise durch die Welt der hohen Drücke werden die Landkarten am Rand meistens mit Druck Gigapascal, GPa, beschriftet. Diese Einheit ist für diese Reise genauso gut wie die üblichen km bei euren Wanderungen oder Radtouren.
Helen: Jetzt versteh ich auch, warum du im Bild oben neben den bar, kbar und Mbar auch immer noch Zahlen mit hPa, MPa und GPa hingeschrieben hast.
Der Alchemist: Ja, und du siehst in diesem Bild der Erde, dass
