Einführung in die Kernphysik

Hallo.
Da die meisten Leute nicht genau wissen, was der Begriff Kernphysik beschreibt, obwohl er zur Zeit so oft in den Medien auftaucht, verfasse ich nun ein kleines Referat darüber.

Struktur der Materie und Gegenstand der Kernphysik

Philosophie und Naturforschung haben sich seit frühesten Zeiten mit der Frage beschäftigt, was Materie eigentlich ist. Vielleicht ist diese Frage nie in endgültiger Form beantwortbar, denn die bisherige Erfahrung hat gezeigt, dass jedesmal, wenn die Physiker glaubten die elementaren Bausteine der Materie gefunden zu haben, sie auf noch tieferliegende Strukturen stießen.

Ein Atom setzt sich aus einer Elektronenhülle und einem Kern zusammen. Ein Kern setzt sich im Allgemeinen aus Protonen und Neutronen zusammen (Ausnahme: Wasserstoff). Protonen Neutronen setzen sich aus je drei sogenannten Quarks zusammen.

Für die Physiker haben sich aber im Laufe der Zeit immer tiefere Einsichten in die Struktur und den Aufbau der Materie eröffnet. Die modernste Entwicklung in dieser Hinsicht sind die sogenannten Superstringtheorien (seit 1984) und die sie vereinigende sogenannte M-Theorie (seit etwa 1995). Vom heutigen Standpunkt aus sind die tiefreichensten Einsichten in die Formen, in denen Materie auftreten kann, im Rahmen der Elementarteilchenphysik (Hochenergiephysik) mit ihren riesigen Beschleunigungsanlagen, z.b. CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) in Gend oder DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) in Hamburg, gelungen.

Als elementar, das heißt nicht aus noch einfacheren Strukturen (Teilchen) zusammengesetzt, gelten heute z.B. Elektronen, Neutrinos oder Quarks. Nicht elementar sind z.B. Protonen, Neutronen, Mesonen (Quark-Antiquark-Objekte)

Kernphysik ist die Physik der Wechselwirkung der sogenannten kondensierten stark wechselwirkenden Materie. Dabei sind die Protonen und Neutronen die im Atomkern die stark wechselwirkende Materie. Die Kernmaterie (Protonen und Neutronen), so eines der zahlreichen Kernmodelle, setzt sich, ähnlich wie ein Flüssigkeitstropfen sich aus kondensierten Wassermolekülen zusammensetzt, aus Protonen und Neutronen zusammen. Man spricht vom Tröpfchenmodell.

Die elementaren Kräfte, die zur Wechselwirkung zwischen den Kernbausteinen den sogenannten Nukleonen führen, sind von sehr komplizierter Natur und eigentlich Wechselwirkungen zwischen Quarks mittels der sogenannten Gluonen. Man spricht von Farbkräften. Eine restole Klärung der Verhältnisse steht noch aus. Die zugehörige mathematisch sehr anspruchsvolle Theorie heißt Quantenchromodynamik.