Was hält den eisernen Hammerkopf auf dem Holzstiel?

Professor Karlheinz Meier vom Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg demonstrierte in einem öffentlichen Vortrag, was Teilchen-Physiker (auch) erforschen

Protonen, Neutronen, Quarks und Leptonen sind Elementarteilchen, die den Physiker Karlheinz Meier bei seiner Arbeit beschäftigen. Dass Physik auch ganz praktisch im Alltag wirkt, demonstrierte er jetzt in einem populärwissenschaftlichen Vortrag.

Was hält die Welt zusammen? Diese Frage mag sich schon manch ein Philosoph gestellt haben. Professor Karlheinz Meier vom Kirchhoff-Institut für Physik der Heidelberger Universität ging ihr bei seinem öffentlichen Vortrag während der Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft jetzt jedoch aus physikalischer Sicht nach.

Da gibt es verschiedenste Kräfte, die mehr oder minder stark sind und auf die Welt einwirken. Eine davon ist die elektrische Kraft, eine andere die Gravitation. Doch beide sind unterschiedlich stark, und dies demonstrierte Karlheinz Meier sogleich in einem einfachen Experiment. Über einem Metallstab hängen lose Papierstreifen herab, wird aber durch den Stab Strom geleitet, so richten sich die Papierstreifen auf und schweben förmlich in der Luft, da die elektrische Kraft hier abstoßend wirkt. "Sie ist also viel stärker als die Gravitation", hielt der Physikprofessor fest.

Eine andere Kraft wirkt innerhalb der Atomkerne, die aus Protonen und Neutronen bestehen. Was sorgt aber dafür, dass die Atomkerne nicht einfach auseinander fallen? Es ist die so genannte Kernkraft. Karlheinz Meier vergleicht sie mit einem Klebestift, der Protonen und Neutronen mit einer klebrigen Masse überzogen hat. So lange sich die Teilchen nicht berühren, hat dieser Klebstoff keine Wirkung. Bei Berührung sorgt er aber dafür, dass die Teilchen nicht mehr voneinander los kommen. So ist die Kernkraft zwar stark, aber nur von kurzer Reichweite.

Doch Protonen und Neutronen bestehen selbst wiederum aus noch viel kleineren Teilchen, den so genannten Elementarteilchen. Da gibt es die so genannten Quarks, die Leptonen sowie die Bosonen; alle diese Teilchen existieren wiederum in verschiedenen Zuständen, beispielsweise mit unterschiedlicher Ladung. Sie beschreiben das so genannte "Standardmodell" der Elementarteilchenphysik. Doch dieses scheint nicht ganz vollständig zu sein, denn ein Phänomen lässt sich damit bisher nicht erklären: die Trägheit der Masse. Auch hierzu hatte Karlheinz Meier ein anschauliches Experiment aus dem Alltag parat. Schon einmal versucht, einen losen, aus Metall bestehenden Hammerkopf auf einem Holzstiel zu befestigen? Klar, den Hammerkopf auf den Stiel aufsetzen und dann mit einem anderen Hammer den Stiel in die Aussparung des Kopfes hineinschlagen.

Schon sitzt der schwere Kopf fest auf dem leichten Stiel. Doch wehe, man versucht auf den Hammerkopf zu schlagen und ihn so mit dem Stiel zu verbinden. Dann misslingt die ganze Prozedur. "Das liegt daran, dass der schwerere Hammerkopf eine größere Trägheit besitzt", erläuterte Meier. Nur wenn man den leichteren Stiel bewegt, der auch weniger träge ist, lassen sich Kopf und Stiel fest miteinander verbinden.

Für die Trägheit wird ein bisher noch nicht nachgewiesenes Elementarteilchen verantwortlich gemacht, das Higgs-Boson. Um dessen Existenz zu beweisen, werden die Physiker in den kommenden Jahren an dem Large Hadron Collider forschen, einem riesigen Teilchenbeschleuniger in Form eines 27 Kilometer langen, ringförmigen Tunnels, der in diesem Jahr in Genf in Betrieb geht.

Dabei wollen die Teilchen-Physiker auch vielen anderen Phänomenen näher kommen, wie etwa der geheimnisvollen Dunklen Materie und der Dunklen Energie, die weit über 90 Prozent des Universums erfüllen.

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