4 fundamentale Wechselwirkungen

Die schwache Wechselwirkung wirkt in kleinen Abständen auf Quarks und Leptonen. Neben den üblichen Impuls- und Energieaustäuschen bewirkt die schwache Wechselwirkung insbesondere die Zerfälle und Umwandlungen von Teilchen. Das bekannteste Beispiel hierfür ist der radioaktive Betazerfall. Die schwache Kernkraft ist

die zweitschwächste aller fundamentalen Wechselwirkungen.

Die schwache Wechselwirkung wird durch intermediäre Vektorbosonen vermittelt. Einfachheitshalber nennt man diese Teilchen meist nur W- und Z-Teilchen. Die bekannteste Geltung in unserer Alltagserfahrung erfährt die schwache Wechselwirkung in ihrer Rolle bei den Fusionen in der Sonne.

Die starke Kernkraft wirkt in kleinen Abständen auf Quarks und Gluonen. Sie bewirkt die Bindung zwischen Quarks in den Hadronen. Neutronen und Protonen können sich daher aufgrund der starken Kernkraft aus Quarks bilden. Indirekt bewirkt die starke Kernkraft auch noch den Zusammenhalt der Protonen und Neutronen in Atomkernen. Die starke Kernkraft ist die stärkste aller fundamentalen Wechselwirkungen.

Die starke Wechselwirkung wird durch Gluonen vermittelt. Indem sie der abstoßenden Kraft, die zwischen den Protonen im Atomkern aufgrund ihrer gleichen positiven Ladung herrscht, entgegenwirkt, sorgt die starke Wechselwirkung für die „stabile Materie“.

Der Elektromagnetismus wirkt gemäß der Quantenelektrodynamik auf geladene Teilchen. Er bewirkt die Anziehung zwischen Teilchen mit entgegengesetzter und die Abstoßung zwischen Teilchen mit gleichnamiger Ladung. Im Gegensatz zur starken und schwachen Kernkraft erfahren wir die elektromagnetische Wechselwirkung unmittelbar im Alltag, beispielsweise durch Licht, Elektrizität und Magnetismus. Die elektromagnetische Kraft ist die zweitstärkste aller fundamentalen Wechselwirkungen.

Die elektromagnetische Wechselwirkung wird durch virtuelle Photonen übertragen. Beispielsweise geschieht die Abstoßung zweier Elektronen durch den Austausch eines virtuellen Photons, welches die Impulsübertragung ermöglicht. Für Beschaffenheit und Eigenschaften von Festkörpern, Molekülen und Atomen ist die elektromagnetische Wechselwirkung maßgeblich mitverantwortlich.

Die Gravitation wirkt anziehend zwischen Massen. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Gravitation auf makroskopischer Ebene. Eine Quantentheorie der Gravitation ist noch nicht formuliert und gegenwärtig Gegenstand intensiver Forschungen. Die Erdanziehung und Planetenbahnen sind bekannte Erscheinungsformen der Gravitation.

Im Gegensatz zu etwa der elektromagnetischen Wechselwirkung lässt sich die Gravitationskraft nicht abschirmen. Entgegen des gemeinen Eindrucks ist die Gravitation die schwächste der vier Grundkräfte. Dass wir trotzdem enorm starke Raketenantriebe benötigen, um das Gravitationsfeld der Erde zu überwinden, liegt an der großen Masse der Erde. Bereits ein kleiner Magnet (elektromagnetische Wechselwirkung), der ein Stück Eisen vom Boden hebt, zeigt aber, wie relativ schwach die Gravitation ist.

Die Gravitation wird durch Gravitonen übertragen. Wie gesagt gibt es jedoch keine konsistente Quantengravitationstheorie. Also ist das Graviton bislang auch nur ein hypothetisches Teilchen.

Diese vier Grundkräfte sind auf vielfältige und subtile Art miteinander verbunden. Die Gravitation ist immer da, da sie nicht abgeschirmt werden kann. Und wenn wir Gravitation, starke oder schwache Kernkraft messen, dann erfolgt das über die elektromagnetische Kraft. Wenn die immer vorhandene gravitative Wechselwirkung (weil Masse immer da ist), Kohärenz zerstören würde, dann wären Quantencomputer bzw. die Superposition von Zuständen unmöglich. Die Wechselwirkungen sind aber offenbar voneinander unabhängig, was nicht gemessen wird, ist nicht vorhanden (im Bezugssystem des Messenden).

Stand: 2014

Gliederung