Kleinstes Teilchen

Das kleinste Teilchen als Grundbaustein der Materie geht auf die Ideen der antiken Griechen zurück.

Es existieren aus der Zeit um das 4. Jahrhundert vor Christus die ersten schriftlichen Aufzeichnungen zum Thema Atom ("das Unteilbare"). Aristoteles und Demokrit erwähnen in ihren Schriften Leukipp, welcher die Idee womöglich als Erster ausgesprochen hat.

Von Leukipp selbst sind keine Schriften erhalten bzw. bekannt. Schon im 4. vorchristlichen Jahrhundert wurde die Hypothese des Atoms als kleinstem, unteilbarem Baustein der Materie bzw. nach damaligem Verständnis der Substanz, deswegen Demokrit zugeschrieben. Es ist bis heute nicht erschöpfend geklärt, ob Demokrit und Leukipp nicht ein und dieselbe Person gewesen sind und Leukipp nur sein Pseudonym war.

Die Hypothese, dass man auf nicht weiter teilbare Teilchen stößt, wenn man einen beliebigen Körper in immer kleinere Stücke zerteilt, steht der von Aristoteles von den vier Elementen entgegen. Das so durch ein Gedankenexperiment (eine Spezialität der antiken Griechen) nahegelegte kleinste Teilchen hat sich mit der neuzeitlichen Entdeckung der Atome als Grundbausteine der Materie im Prinzip bewahrheitet. Doch schon kurz nachdem John Dalton durch die Beobachtung der konstanten Mengenverhältnisse bei chemischen Reaktionen das Konzept wieder aufgriff, zeigte sich gegen Ende des 19. Jahrhunderts, dass Atome keineswegs unteilbar sind.

Damit war das Unteilbare teilbar geworden und verschiedene Experimente (u. a. von Henri Becquerel, Joseph John Thomson, Marie Curie, Ernest Rutherford) legten die Existenz von Protonen und Neutronen als Bausteine des Atomkerns nahe und von Elektronen, die sich in einem begrenzten Gebiet um den Atomkern herum aufhalten. Bei allen dreien ging man am Anfang des 20. Jahrhunderts davon aus, sie seien unteilbar.

Um 1960 stellte sich dann heraus, dass sowohl das Proton als auch das Neutron nicht unteilbar sind. Man konnte in Experimenten beschleunigte Elementarteilchen aufeinander prallen lassen, und war die Aufprallenergie hoch genug, zerplatzten die nun nicht mehr so elementaren Teilchen in einem Schauer vieler anderer Teilchen. Nachdem diese Vielzahl der möglichen Teilchen systematisch untersucht und die Modelle verfeinert wurden, geht man in aktuellen physikalischen Modellen vom Aufbau der Materie davon aus, dass Neutronen und Protonen aus jeweils drei Quarks bestehen. Diese werden durch die Starke Wechselwirkung, die durch Gluonen vermittelt wird, in diesen Elementarteilchen gebunden. Das Elektron gilt weiterhin als elementar, also unteilbar und nicht aus weiteren, kleineren Einheiten zusammengesetzt.