Grundkräfte der Physik

Dieser Text beschreibt Grundkräfte der Physik.

Die vier Grundkräfte der Natur, die die Physik kennt, sind:

• Gravitation
  • dominiert die großräumigen Strukturen des Universums, da nicht abschirmbar
  • unendliche Reichweite
  • schwächste aller Wechselwirkungen mit einer relativen Stärke von 10^-39
  • Ãœberträgerteilchen ist das Graviton (postuliertes, bislang nicht nachgewiesenes Teilchen)
• Elektromagnetische Wechselwirkung
  • verantwortlich für die meisten alltäglichen Phänomene (Licht, Elektrizität und Magnetismus, Chemie, Festkörper Merkmale, ...)
  • unendliche Reichweite
  • positive und negative Ladungen können einander in der Fernwirkung kompensieren
  • relative Stärke 10^-2
  • Ãœberträgerteilchen ist das Photon
• Schwache Wechselwirkung
  • verantwortlich für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse (z.B.Betazerfall)
  • sehr kurze Reichweite von 10^-17 m aufgrund massiver Ãœberträgerteilchen
  • relative Stärke 10^-13
  • Ãœberträgerteilchen sind die Teilchen Z⁰, W⁺ und W^-
• Starke Wechselwirkung
  • verantwortlich für den Zusammenhalt der Atomkerne
  • sehr kurze Reichweite von 10^-15 m aufgrund Confinement
  • stärkste aller Wechselwirkungen mit einer relativen Stärke von 1
  • Ãœberträgerteilchen sind Gluonen

Tabellarisch:

Im Rahmen der klassischen Physik wurden die Kraftgesetze für die Gravitation und die elektromagnetische Wechselwirkung als Axiome betrachtet. In der Quantenfeldtheorie dagegen werden alle vier Kräfte auf den Austausch von virtuellen Bosonen zurückgeführt.

Die Stärken dieser vier Grundkräfte nähern sich mit zunehmender kinetischer Energie der Teilchen, zwischen denen sie wirken, an. Man geht davon aus, dass alle vier Grundkräfte bei den extrem hohen Energien, wie sie unmittelbar nachdem Urknall vorherrschten, gleich stark waren.

Eines der Absichte der Physik ist es, alle Grundkräfte oder Wechselwirkungen in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Man spricht auch von vereinheitlichten Theorien oder von den Großen Vereinheitlichten Theorien (GUTs: Grand Unified Theories).

Beispielsweise ist die elektromagnetische Wechselwirkung eine Vereinheitlichung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung. Ebenso ist es gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung in der Quantenfeldtheorie der elektroschwachen Wechselwirkung vereinheitlicht zu beschreiben. Es handelt sich daher streng genommen ca. um drei verschiedene Grundkräfte.

Siehe auch: Eichboson

• Die 4 Wechselwirkungen (Grundkräfte), gut erklärt (http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/sm_ww/sm_ww_04.html)