Wir alle kennen Atome. Doch woraus bestehen sie eigentlich? Genau genommen gibt es nur drei Teilchen, nämlich das Dem up Quark, das Dem down Quark und das Lepton Elektron. Quarks und Leptons sind die zwei großen Gruppen. Quarks sind die Bestandteile für Protonen und andere Teilchen, während Leptons die Elektronen umfassen und die Hülle des Atoms bilden. Das Proton besteht aus zwei Dem up Quarks und einem Dem down Quark, während das Neutron aus einem Dem up Quark und zwei Dem down Quarks besteht. Es gibt zwar noch andere Quarks und Leptons, diese muss man jedoch sehr aufwendig herstellen. Ein anschaulicher Vergleich hilft, sich die Größenverhältnisse im Atom besser vorzustellen. Wenn der Atomkern so groß wäre wie ein LEGO-Stein, dann hätte die Atomhülle die Ausdehnung eines Fußballstadions. Dieser Vergleich zeigt, wie unglaublich viel „leerer Raum“ in einem Atom steckt – obwohl es die Grundlage aller Materie ist. Die Ladungen von Elektronen und Protonen werden von Photonen übertragen. Photonen sind Gauge Bosons, auch Eibosonen genannt, und ihre Aufgabe ist es, die Ladungen zu übertragen, damit die Teilchen miteinander wechselwirken können.
Es gibt 4 fundamentale Kräfte in der Natur: die elektromagnetische Kraft, starke Wechselwirkungen, schwache Wechselwirkungen und die Gravitation. Die starke Wechselwirkung sorgt dafür, dass das Atom im Kern nicht auseinanderfällt, die schwache Wechselwirkung sorgt dafür, dass der radioaktive Zerfall möglich ist, die Gravitation sorgt dafür, dass sich Massen anziehen, und die elektromagnetische Kraft ist all das, was wir als Reibung und Druck kennen. Die stärkste Kraft ist die starke Wechselwirkung und ist etwa 10 hoch 38-mal stärker als die schwächste Kraft, nämlich die Gravitation. Bei der starken Wechselwirkung gibt es sogenannte Farbladungen, rot grün und blau. Dazu gibt es auch die Antifarben, antirot, antigrün und antiblau. Wenn bei 2 Quarks (z. B. Rot und Grün) das dritte Quark nicht dabei ist, nennt man die entstehende Farbe auch antiblau, weil blau nicht vorhanden ist.
Kann man Atome oder Teilchen sehen?
Man sieht immer nur riesige Mengen von Atomen in Form von Gegenständen, aber einzelne Atome oder Teilchen sehen wir nie. Mit einer Nebelkammer kann man allerdings die Spuren von Atomen sehen. Man muss es sich wie Kondensstreifen bei Flugzeugen vorstellen, nur dass man die Teilchen nicht sieht. Um eine Nebelkammer zu bauen, legt man in eine Schachtel mit Styropor Trockeneis (gefrorenes CO2) und darauf eine Metallplatte. Auf die Metallplatte legt man einen Behälter verkehrt herum hin, so dass ein Raum entsteht, wo kein Luftaustausch stattfindet. Davor legt man in den Behälter eine Filzfolie, befeuchtet sie mit Isopropanol (C3H7OH) und befestigt sie mit Magneten am Boden, so dass man einen kalten Bereich hat und einen, der mit Alkohol versehen ist. Um zu verhindern, dass Luft ausgetauscht wird, klebt man Knete an dem Rand von dem Behälter (Bild 1). Der dünne Metallstab dient als Strahlungsquelle. Die Taschenlampe macht die Spuren deutlich sichtbarer. Weil der Alkohol oben verdampft, sinkt er nach unten. Dort kann er zwar nicht vollständig kondensieren, wird aber dafür übersättigt. Die übersättigte Schicht ist notwendig damit Teilchenspuren entstehen können, denn geladene Teilchen (z.B. Alphateilchen ionisieren die Luft (an diesen Ionen kondensiert der Alkohol) und man sieht Nebelspuren. Die weißen Spuren in der Nähe von dem Metallstab kommen von den Alphateilchen und die kleinen Tropfen rechts, welche so aussehen wie Regen kommen von Myonen (Bild 2). Leider kann man die Spuren nach einiger Zeit nicht mehr so gut sehen, weil das Trockeneis immer wärmer wird und somit auch die unterschiedlichen Böden sich immer weiter angleichen und weil es immer weniger Alkoholdampft gibt.