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Eichbosonen

QuantenmechanikTeilchenphysik, Trägerteilchen, Austauschteilchen, Elementarteilchen, die Träger der Wechselwirkungen zwischen den Elementarteilchen sind. So wird z.B. die abstossende elektromagnetische Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen durch ein Photon vermittelt, Quarks (starke Wechselwirkung) tauschen ein Gluon aus, und bei der schwachen Wechselwirkung dienen die intermediären Vektorbosonen W ±  und Z als Austauschteilchen. Eine Gemeinsamkeit der Photonen, Gluonen, W- und Z-Bosonen ist ihr Spin 1 (Bosonen). Auch für die Gravitation sollte es ein Eichboson geben, das Graviton mit Spin 2, das allerdings bisher nicht beobachtet wurde.

Die Beschreibung der elementaren Kräfte durch den Austausch von Eichbosonen ist eine Konsequenz der Eichsymmetrie der zugrunde liegenden Feldtheorie (Eichtheorie). Der Teilchenaustausch lässt sich mit Feynman-Diagrammen veranschaulichen (Tab.). Solche Diagramme stellen eine präzise Vorschrift zur Berechnung der Wechselwirkungseffekte dar.

Hervorzuheben ist, dass die Eichbosonen in ihrer Funktion als Austauschteilchen als virtuelle Teilchen aufzufassen sind, deren Auftreten aufgrund der quantenmechanischen Unschärferelation möglich ist. Gleichfalls aus der Unschärferelation folgt, dass die Reichweite einer Kraft umgekehrt proportional zur Masse des ausgetauschten Teilchens sein muss. Die Reichweite der elektromagnetischen Kraft ist also unbeschränkt, während die sehr kurze Reichweite der schwachen Kraft mit der hohen Ruhemasse ihrer Eichbosonen, der intermediären Vektorbosonen, zusammenhängt (Tab.). Die Gluonen sind zwar auch masselos; da sie jedoch selbst Träger der Ladung der starken Wechselwirkung (Farbladung) sind, ist die effektive Reichweite der starken Kraft auf Atomkern-Dimensionen begrenzt.

 

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