Standardmodell und Radioaktivität

Standardmodell der Teilchenphysik

Bosonen

Bosonen sind Teilchen mit ganzzahligem Spin, die für die Übertragung von Kräften verantwortlich sind.

• Gluonen: Vermitteln die starke Wechselwirkung, die für den Zusammenhalt von Protonen und Neutronen im Atomkern verantwortlich ist.
• W- und Z-Bosonen: Vermitteln die schwache Wechselwirkung, die für die Umwandlung von Teilchen ineinander verantwortlich ist.
• Photonen: Vermitteln die elektromagnetische Kraft.
• Gravitonen: Vermitteln die Gravitationskraft (hypothetische Teilchen, bisher nicht nachgewiesen).
• Higgs-Bosonen: Verleihen anderen Teilchen Masse durch das Higgs-Feld (2012 am CERN nachgewiesen).

Fermionen

Fermionen sind Teilchen mit halbzahligem Spin, aus denen die Materie aufgebaut ist. Man unterscheidet zwischen Leptonen und Quarks.

• Leptonen:
  • Elektronen, Myonen, Tauonen (Ladung -1, Myonen und Tauonen haben eine kurze Lebensdauer)
  • Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos, Tauon-Neutrinos (Ladung 0, sehr geringe Wechselwirkung mit Materie)
• Quarks:
  • Ladung entweder +2/3 oder -1/3
  • 6 Flavors: up, down, charm, strange, top, bottom
  • 3 Farbladungen: rot, grün, blau
  • Kommen nie alleine vor

Hadronen

Hadronen sind Teilchen, die aus Quarks zusammengesetzt sind. Man unterscheidet zwischen Mesonen und Baryonen.

• Mesonen: Bestehen aus einem Quark und einem Antiquark. Sie haben einen ganzzahligen Spin und sind instabil.
• Baryonen: Bestehen aus drei Quarks. Sie haben einen halbzahligen Spin. Beispiele sind das Proton (up, up, down) und das Neutron (up, down, down), jeweils mit allen drei Farbladungen.

Arten der radioaktiven Strahlung

Alpha-Zerfall

Ein radioaktives Atom zerfällt in ein Atom, das zwei Protonen und zwei Neutronen weniger hat, und einen Heliumkern. Die Kernladungszahl nimmt um 2 ab, die Nukleonenzahl um 4. Ein Blatt Papier reicht zur Abschirmung aus.

Beta-Zerfall

Beta-Zerfall-: Ein Neutron zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Anti-Neutrino. Das Elektron und das Anti-Neutrino werden ausgestoßen. Die Kernladungszahl erhöht sich um 1, die Nukleonenzahl bleibt unverändert. Ein dünnes Blech reicht zur Abschirmung aus.

Beta-Zerfall+: Ein Proton zerfällt in ein Neutron, ein Positron und ein Neutrino. Das Positron und das Neutrino werden ausgestoßen. Die Kernladungszahl verringert sich um 1, die Nukleonenzahl bleibt gleich. Dieser Zerfall kommt in der Natur selten vor. Ein dünnes Blech reicht zur Abschirmung aus.

Gamma-Strahlung

Gamma-Strahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen mit hoher Energie. Sie tritt meist als Begleiterscheinung von Alpha- oder Beta-Strahlung auf. Eine dicke Bleiplatte ist zur Abschirmung erforderlich.

Halbwertszeiten

• ²¹⁶Ra: ca. 180 ns
• ¹⁴C: ca. 5730 Tage
• ²³⁸U: ca. 4,5 Mrd. Jahre

Kernspaltung

Für die Stabilität...