30 spannende Fakten über Physik: Von der Mechanik bis zu den Quarks

Welcher interdisziplinäre Zweig der Physik forscht vor allem zu Energie und Klima?

Die Geophysik erklärt dagegen geowissenschaftliche Vorgänge, die Biophysik untersucht die Gesetzmäßigkeiten, denen Lebewesen unterliegen.

Womit erklärte Albert Einstein die Gravitation?

Newton nahm dagegen an, dass zwischen Körpern eine Anziehungskraft herrscht. Warum Massen einander anziehen, kann die Physik nicht erklären – sie beschreibt nur das Wie.

Wie nennt man das Ziel, alle Grundkräfte in einem einzigen Konzept zu beschreiben?

Bisher gelang nur, die elektrische und die magnetische Kraft zu vereinigen und diese mit einer weiteren Grundkraft als elektroschwache Wechselwirkung darzustellen.

Seit welchem Jahr wird der Nobelpreis für Physik vergeben?

Vergeben wird die Auszeichnung jährlich von der Schwedischen Akademie der Wissenschaften.

Wer schrieb das Theaterstück „Die Physiker“ über die Ethik der Forschung?

Die Frage nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung kam erstmals ausdrücklich auf, als Entdeckungen auf die Möglichkeit einer Atombombe hindeuteten.

Woraus besteht gewöhnliche Materie neben Up- und Down-Quarks?

Schwerere Quarks entstehen nur in hochenergetischen Kollisionen, etwa durch kosmische Strahlung, und zerfallen schnell.

Wer formulierte die Gesetze der Elektrodynamik erstmals vollständig?

Seine Gleichungen erlauben auch eine Wellenlösung, die elektromagnetische Wellen wie das Licht beschreibt.

Worauf ist die Astronomie mangels Laborexperimenten allein angewiesen?

Genau dieser Unterschied wird zur Abgrenzung von der Physik herangezogen, in der das Experiment im Vordergrund steht.

Wie viele Arten von Quarks, „Flavours“ genannt, gibt es?

Die Flavours werden in drei Generationen gruppiert; alle Suchen nach einer weiteren Generation sind bisher gescheitert.

Das Funktionsprinzip welcher technischen Entwicklung baut maßgeblich auf der Atomphysik auf?

Die Atomphysik steht über die Untersuchung der optischen Spektren von Atomen in enger Beziehung zur Optik.

Welche Theorie betrachtet statt einzelner Körper ein Ensemble aus vielen kleinsten Bausteinen?

Sie eignet sich für Medien aller Aggregatzustände und beschreibt Wärmekraftmaschinen ebenso wie Supraleitung oder Suprafluidität.

Wie heißen Teilchen, die aus Quarks zusammengesetzt sind?

Zu ihnen gehören Protonen und Neutronen, die Bestandteile der Atomkerne. Isoliert werden Quarks nie gefunden.

Am Ende welches Jahrzehnts deuteten physikalische Entdeckungen auf eine mögliche Atombombe hin?

Damit wurde die Frage nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung erstmals ausdrücklich aufgeworfen.

Wer entdeckte das Induktionsgesetz?

Zusammen mit der nach Hendrik Antoon Lorentz benannten Kraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld bildete es den Ausgangspunkt der Elektrodynamik.

Wie viele reproduzierbare Experimente genügen im Prinzip, um eine Theorie zu widerlegen?

Beweisen lässt sich eine Theorie dagegen nie, sondern bestenfalls in immer mehr Fällen bestätigen.

Wie werden die drei Arten der Farbladung von Quarks bezeichnet?

Die Namen sind willkürlich gewählt. Zu jeder Farbe gehört eine Antifarbe, die jeweils ein Antiquark trägt.

Welche masselosen Teilchen vermitteln die starke Wechselwirkung zwischen Quarks?

Sie koppeln an die Farbladung der Quarks und tragen selbst Farbladung, können also ihresgleichen emittieren und absorbieren.

Bei welchen Experimenten werden Teilchen gegeneinander statt auf ein festes Ziel geschossen?

So lassen sich besonders hohe Kollisionsenergien erreichen; Hochenergiephysik und Teilchenphysik werden daher oft nahezu gleichgesetzt.

Aus welchen Quarks besteht ein Proton?

Das Neutron ist genau umgekehrt aufgebaut. So addieren sich die Ladungen der Bausteine beim Proton zu +1 e und beim Neutron zu 0 e.

In welchem Buch von James Joyce fand Murray Gell-Mann das Wort „Quark“?

Das Buch erschien 1939. Dass Joyce das Wort auf einer Reise durch Deutschland aufgeschnappt habe, gehört ins Reich der Legende.

Wie heißt das Phänomen, dass Quarks niemals isoliert auftreten?

Die Kraft zwischen Farbladungen nimmt mit wachsendem Abstand zu; ein einzelnes Quark ganz herauszulösen würde unendlich viel Energie erfordern.

Welches Quark wurde 1995 am Fermilab von den Teams CDF und DØ nachgewiesen?

Seine Masse war fast so groß wie die eines Goldatoms und damit weit höher als die aller anderen Quarks.

In welchem Jahr schlugen Murray Gell-Mann und George Zweig das Quark-Modell vor?

Beide kamen unabhängig voneinander darauf: Die vielen Teilchen des damaligen „Teilchenzoos“ seien nicht elementar, sondern aus Quarks und Antiquarks aufgebaut.

Welche Grundkraft allein kann ein Quark in einen anderen Flavour umwandeln?

Eine solche Umwandlung ist nur möglich, wenn sich dabei die elektrische Ladung ändert; beschrieben wird sie durch den Austausch eines virtuellen W-Bosons.

Wo zeigten Experimente 1968, dass das Proton kein Elementarteilchen ist?

Mit tief inelastischer Streuung fand man im Proton viel kleinere, punktförmige Objekte, die später als Up- und Down-Quarks identifiziert wurden.

Über welches Prinzip ist die klassische Mechanik als Grenzfall in der Quantenphysik enthalten?

Auch die Relativitätstheorie schließt die klassische Mechanik auf diese Weise ein; beide Theorien haben daher einen größeren Gültigkeitsbereich.

Wie viel tragen die drei Valenzquarks etwa zur gesamten Masse eines Protons bei?

Insgesamt hat ein Proton etwa 938 MeV/c². Der große Rest stammt nicht aus den Valenzquarks selbst, sondern aus dem Kraftfeld, das sie zusammenhält.

Welchen Begriff prägte Richard Feynman für die punktförmigen Objekte im Proton?

Physiker zögerten anfangs, die 1968 entdeckten Objekte eindeutig mit Quarks gleichzusetzen; der Begriff blieb auch später als Sammelbegriff in Gebrauch.

Wer leitete das Team, das 1977 am Fermilab das Bottom-Quark beobachtete?

Der Fund galt zugleich als starker Hinweis auf ein weiteres, noch unentdecktes Quark: Ohne Partner wäre das Bottom-Quark allein geblieben.

Welche Matrix beschreibt die relativen Tendenzen aller Flavour-Umwandlungen von Quarks?

Die 3×3-Matrix zeigt: Jedes Quark hat eine Vorliebe, sich in das Quark seiner eigenen Generation zu verwandeln.