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Tauonen können alternativ auch in ein Neutrino und Hadronen zerfallen. Sie sind Fermionen und tragen neben schwachem Isospin abhängig von ihrer Chiralität und elektrischer Ladung auch eine Farbladung.

Somit kennt man auch für Quarks drei Generationen oder Familien : d,u , s,c und b,t. Wie bei den Leptonen unterscheiden sich die Familien stark in ihren Massen.

Umwandlungen von Quarks finden durch die schwache Wechselwirkung statt, vorzugsweise innerhalb einer Familie z. Diese Umwandlungen werden durch die Quark-Mischungsmatrix beschrieben.

Auch hier wird in Theorien jenseits des Standardmodells über mögliche Verletzungen der Baryonenzahlerhaltung spekuliert, sie entsprechen jedoch bisher keiner Beobachtung und sind daher hypothetisch.

Die Austauschteilchen sind die Bosonen, die die Wechselwirkungen zwischen den vorstehend genannten Elementarteilchen vom Typ Fermion vermitteln.

Der Name Eichboson erklärt sich daraus, dass das Standardmodell als Eichtheorie formuliert ist, wo die Forderung nach lokaler Eichinvarianz zur Folge hat, dass Wechselwirkungen mit Austauschteilchen vorhergesagt werden, die Spin 1 haben, also Bosonen sind.

Das Graviton ist bisher nicht im Experiment nachgewiesen und deshalb hypothetisch. Es wird aber häufig im Zusammenhang mit den anderen Austauschteilchen aufgelistet, was die Hoffnung widerspiegelt, dass in zukünftigen teilchenphysikalischen Modellen auch die gravitative Wechselwirkung quantenfeldtheoretisch behandelt werden kann.

Die in nebenstehender Tabelle angegebenen Eigenschaften des Gravitons entsprechen dem, was nach der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erwarten ist.

Das Photon ist als Feldquant des elektromagnetischen Feldes das am längsten bekannte Eichboson. Es kann von jedem Teilchen mit elektrischer Ladung erzeugt oder vernichtet werden und vermittelt die gesamte elektromagnetische Wechselwirkung.

Es hat weder Masse noch elektrische Ladung. Aufgrund dieser Eigenschaften hat die elektromagnetische Wechselwirkung unendliche Reichweite und kann makroskopisch wirken.

Sie können von jedem Teilchen mit schwachem Isospin oder schwacher Hyperladung erzeugt und vernichtet werden und vermitteln die schwache Wechselwirkung.

Damit sind sie verantwortlich für sämtliche Umwandlungsprozesse, in denen ein Quark sich in eine andere Art von Quark umwandelt, oder ein Lepton in eine andere Art von Lepton.

Diese extrem kurze Reichweite ist der Grund, warum die schwache Wechselwirkung schwach erscheint. Die W-Bosonen tragen, anders als das Photon, auch selber schwachen Isospin.

Somit können sie über die schwache Wechselwirkung auch untereinander wechselwirken. Gluonen können von den Teilchen mit Farbladung erzeugt und vernichtet werden und vermitteln zwischen diesen die starke Wechselwirkung.

Die möglichen Mischungen füllen einen achtdimensionalen Zustandsraum, weshalb man üblicherweise von acht verschiedenen Gluonen spricht.

Zwei der acht Dimensionen gehören zu Zuständen, in denen das Gluon zur Farbladung die genau passende Antifarbladung trägt; diese Gluonen sind ihre eigenen Antiteilchen.

Die Gluonen haben keine Masse und weder elektrische Ladung noch schwachen Isospin. Als Träger von Farbladungen wechselwirken sie auch untereinander.

Das ist ungefähr der Durchmesser der aus Quarks aufgebauten Hadronen wie Proton und Neutron und auch die Reichweite der Kernkraft, die die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält.

Das Higgs-Boson hat den Spin 0 und ist kein Eichboson. Aus Quarks und Gluonen zusammengesetzte Teilchen nennt man Hadronen.

Bis zur Entdeckung der Quarks und der Entwicklung des Standardmodells ab etwa galten sie als Elementarteilchen und werden auch heute oft noch so bezeichnet.

Hadronen werden in zwei Kategorien eingeteilt: Mesonen und Baryonen. Atomkerne sind ebenfalls aus Quarks aufgebaut und durch die starke Wechselwirkung gebunden, werden aber nicht als Hadronen bezeichnet.

Mesonen haben ganzzahligen Spin, sind also Bosonen. Sie sind Bindungszustände aus einem Quark und einem Antiquark.

Alle Mesonen sind instabil. Pionen werden in der Yukawa-Theorie als Austauschteilchen der Kernkräfte betrachtet, mit denen Protonen und Neutronen in den Atomkernen gebunden sind.

Baryonen haben halbzahligen Spin, sind also Fermionen. Sie sind Bindungszustände aus drei Quarks analog Antibaryonen aus drei Antiquarks.

Die einzigen stabilen Baryonen sind das Proton und das Antiproton. Die wichtigsten Baryonen sind das Proton und das Neutron.

Da sie die Bestandteile der Atomkerne sind, werden sie zusammengefasst als Nukleonen bezeichnet. Atomkerne sind durch die starke Wechselwirkung gebundene Systeme von Baryonen.

Im Normalfall bestehen sie aus Protonen und Neutronen — nur solche Atomkerne können stabil sein. Das kleinste stabile System dieser Art ist der Atomkern des schweren Wasserstoffs, der Deuteron genannt wird und aus einem Proton und einem Neutron besteht, also aus sechs Quarks.

Üblicherweise zählt man auch das Proton zu den Atomkernen, da es den Kern des Wasserstoffatoms darstellt.

Wenn ein oder mehrere Nukleonen durch andere Baryonen ersetzt werden, spricht man von Hyperkernen. Atome sind durch die elektromagnetische Wechselwirkung gebundene Systeme, die in der Regel aus einem schweren Atomkern und leichten Elektronen bestehen.

Im Jahrhundert, bevor der innere Aufbau der Atome entdeckt war, wurden die Atome selber gelegentlich als die elementaren Teilchen der chemischen Elemente bezeichnet.

Von den Elementarteilchen des Standardmodells sind in freiem, isoliertem Zustand nur das Elektron, das Positron, das Photon sowie Neutrinos stabil.

Bei Quarks und Gluonen kann man schlecht von Stabilität sprechen, denn sie lassen sich nicht isolieren. Sie treten nur zu mehreren zusammen in Hadronen auf.

Darin werden sie durch die starke Wechselwirkung, die sie zusammenhält, ständig von einer Art in eine andere umgewandelt.

Die Stabilität des Protons oder vieler anderer Atomkerne gilt also nur insgesamt, aber nicht für das einzelne darin enthaltene Quark oder Gluon.

Ein Neutrino einer der drei Neutrinoarten zeigt zwar mit der Neutrinooszillation eine periodisch wechselnde Mischung der drei Arten, allerdings sind bestimmte Mischungen der verschiedenen Neutrinoarten, die drei Massen- Eigenzustände , stabil.

Gleiches gilt für die jeweiligen Antiteilchen. Die anderen Elementarteilchen und ihre Antiteilchen sind instabil im gewöhnlichen Sinn des Wortes: sie wandeln sich spontan in andere Teilchen mit geringerer Masse um.

Es gilt das radioaktive Zerfallsgesetz , und in Anlehnung an den radioaktiven Zerfall spricht man auch hier vom Zerfall der Teilchen, zumal aus einem Teilchen dabei immer zwei oder drei andere hervorgehen.

Die Zerfallsprodukte sind jedoch im ursprünglichen Teilchen in keiner Weise bereits vorhanden gewesen. Vielmehr wird dieses im Zerfallsprozess vernichtet, während die Zerfallsprodukte neu erzeugt werden.

Die Stabilität von Elementarteilchen wie dem Elektron, oder von gebundenen Systemen wie dem Proton, Atomkern oder Atom, wird im Standardmodell ganz allgemein damit erklärt, dass es hier keinen Zerfallsweg gibt, der nicht durch einen der allgemeinen Erhaltungssätze verboten wäre.

Mit dem Erhaltungssatz der elektrischen Ladung folgt dann, dass Elektron und Positron stabil sind, weil es keine leichteren Teilchen gleicher Ladung gibt.

Für die Stabilität des Protons und anderer Kerne, aber auch des Antiprotons etc. Sonst wäre für alle positiv geladenen Elementarteilchen das Positron bei negativer elektrischer Ladung das Elektron ein mögliches Zerfallsprodukt.

Allerdings sind die getrennten Erhaltungssätze für Quarks und Leptonen in manchen theoretischen Modellen jenseits des Standardmodells aufgehoben.

Daher wird die Stabilität des Protons in Experimenten überprüft. Zerfälle von Protonen sind noch nicht beobachtet worden; die durchschnittliche Lebensdauer des Protons, wenn sie überhaupt endlich ist, beträgt nach jetzigem Stand mindestens 10 35 Jahre.

Das Standardmodell sieht als mögliche Prozesse für Elementarteilchen lediglich deren Erzeugung und Vernichtung vor. Zunächst drei Beispiele zur Erläuterung dieser weitreichenden Aussage:.

Das Wort Vertex steht in diesem Zusammenhang für eine bestimmte Kombination von Erzeugungs- und Vernichtungsprozessen.

Es entstammt der grafischen Symbolsprache der Feynman-Diagramme , in denen jedes Teilchen durch eine kurze Linie dargestellt wird.

Die Linien der an einem Prozess beteiligten Teilchen treffen sich in einem gemeinsamen Punkt, dem Vertex, in dem sie enden für Vernichtung bzw.

Linien für Fermionen einschl. Antifermionen müssen immer paarweise vorkommen, beide entweder für Leptonen oder für Quarks, aber nicht gemischt.

Die dritte Linie muss immer ein Boson beschreiben. Teilchen und Antiteilchen müssen dabei so beteiligt sein, dass die gesamte Leptonenzahl bzw.

Baryonenzahl erhalten bleibt. Es gibt auch 3er-Vertices und 4er-Vertices nur mit Bosonen. Die Einwirkung eines Fermions auf ein anderes, z.

Man sagt, die Elektronen tauschen ein Photon aus, wovon sich der Begriff Austauschteilchen herleitet. Allgemein besteht jede Wechselwirkung zwischen zwei Fermionen darin, dass Austauschteilchen ausgetauscht werden.

Nach den Regeln der Quantenfeldtheorie entzieht sich das Austauschteilchen dabei einer direkten Beobachtung; es bleibt ein virtuelles Teilchen.

Dessen ungeachtet überträgt es Impuls und Energie von einem Teilchen zum anderen und bewirkt damit z. Das ist eine beobachtbare Wirkung, wie sie in der klassischen Physik durch eine Kraft verursacht wird.

Das Standardmodell behandelt drei fundamentale Wechselwirkungen :. Die vierte Grundkraft, die Gravitation , wirkt zwar auf alle Elementarteilchen, da alle Teilchen eine Energie haben.

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