Q

Quantenchromodynamik (QCD)

Quantentheorie der starken Kernkraft und damit der starken Wechselwirkungen zwischen Quarks (oder Teilchen, die aus Quarks zusammengesetzt sind). Wie in relativistischen Quantenfeldtheorien üblich wird diese Wechselwirkung als Austausch von Botenteilchen verstanden; die Botenteilchen der starken Kernkraft sind die Gluonen.

Die Quantenchromodynamik ist eine der Sälen des Standardmodells der Elementarteilchen.

Quanteneffekte

Physikalische Effekte, die sich nur im Rahmen der Quantentheorie beschreiben lassen.

Ein Beispiel ist der Tunneleffekt, zu dem es in der klassischen Physik keinerlei Entsprechung gibt.

Quantenelektrodynamik (QED)

Quantentheorie der elektromagnetischen Kraft. Die Wirkung dieser Kraft wird auf der Basis von Botenteilchen erklärt, den Photonen: Wenn sich beispielsweise zwei Elektronen elektromagnetisch abstoßen dann, weil sie miteinander Photonen austauschen, die die Abstoßung übertragen.

Die Quantenelektrodynamik ist ein Teil des Standardmodells der Elementarteilchen. Sie ist außerdem das einfachste Beispiel für eine relativistische Quantenfeldtheorie - eine Theorie, die die Prinzipien der Quantentheorie und der Speziellen Relativitätstheorie verknüpft.

Quantenfeldtheorie, relativistische

Theorie, die die Prinzipien der Quantentheorie und der Speziellen Relativitätstheorie verknüpft. Typisch für relativistische Quantentheorien ist: Zu jeder Teilchensorte existiert eine Sorte von Antiteilchen; Kräfte werden durch den Austausch von Botenteilchen übertragen.

Einfachstes Beispiel für eine relativistische Quantenfeldtheorie ist die Quantenelektrodynamik.

Quantengravitation

Theorie, die sowohl die Effekte und Gesetze der Quantentheorie berücksichtigt wie auch die der Allgemeinen Relativitätstheorie. Bislang gibt es noch keine vollständige Formulierung einer solchen Theorie; die bekanntesten Ansätze dafür sind die Stringtheorie und die Schleifen-Quantengravitation.

Einige Informationen zum Problem der Quantengravitation finden sich im Kapitel Relativität und Quanten von Einstein für Einsteiger ab der Seite Grenzen der Gravitation.

Informationen zu einer Reihe weiterer Aspekte der Quantengravitation finden sich bei den Vertiefungsthemen in der Kategorie Relativität und Quanten.

Quantenkosmologie

Gemäß der Urknallmodelle war die Energiedichte im frühen Universum kurz nach dem Urknall extrem hoch, und der gesamte Inhalt des heutzutage beobachtbaren Universums war auf ein winziges Volumen zusammengepresst, sehr viel kleiner als das Volumen eines Atomkerns. Unter solchen Bedingungen sollte die Quantentheorie einen mindestens ebenso großen Beitrag zur Beschreibung leisten wie die Allgemeine Relativitätstheorie, mit anderen Worten: Diese Frühphase unseres Kosmos lässt sich eigentlich nur mit Hilfe einer Theorie der Quantengravitation richtig beschreiben. Zur Quantenkosmologie zählen alle Versuche, die verschiedenen Kandidaten für solch eine Theorie der Quantengravitation auf die Kosmologie anzuwenden und das Universum als Ganzes als ein Quantensystem zu beschreiben.

Weitere Informationen finden sich im Vertiefungsthema Die Suche nach dem Quanten-Anfangszustand des Universums. Um quantenkosmologische Anwendungen der Schleifen-Quantengravitation geht es in den Vertiefungsthemen Den Urknall überspringen und Die gebändigte Dichte.

Quantenmechanik

Im allgemeineren Sinne: synonym zu Quantentheorie. Im spezielleren Sinne: Die Quantentheorie von Teilchen, die sich unter dem Einfluss von Kräften bewegen - wobei die Teilchen als Quantenobjekte beschrieben sind, die Kräfte dagegen nicht. Eine wichtige Anwendung der Quantenmechanik ist die Physik der Hüllen der Atome (vulgo "Atomphysik"). Will man die Quantengesetze auch auf die Kräfte selbst ausdehnen, gelangt man zu den relativistischen Quantenfeldtheorien.

Quantenphysik

Gesamtheit der Theorien, Modelle, Experimente und Anwendungen, die auf den Gesetzen der Quantentheorie basieren.

Quantenteilchen

In der klassischen Physik kann man sich Teilchen als winzige Kugeln vorstellen, die sich zu jedem Zeitpunkt an einem bestimmten Ort befinden. In der Quantentheorie sind (Quanten-)Teilchen dagegen weit flüchtiger. Es lässt sich allenfalls ein abstrakter Zustand ausrechnen, der vorhersagt, mit welcher Wahrscheinlichkeit man ein Teilchen zu einem gegebenen Zeitpunkt an bestimmten Orten nachzuweisen hoffen kann.

Quantentheorie

Sammelbegriff für physikalische Gesetze, die überall dort wichtig werden, wo mikroskopische Größenskalen ins Spiel kommen - sei es, weil es um den Aufbau der Materie geht, etwa in der Physik der Atome, Atomkerne oder Elementarteilchen, sei es im Zusammenhang mit ultragenauen Messungen wie denen an Gravitationswellendetektoren.

Die Gesetze der Quantentheorie unterscheiden sich beträchtlich von dem, was wir aus dem Alltag gewohnt sind und von den Vorstellungen der klassischen Physik.

Erste ungewohnte Eigenschaft ist, dass die Quantentheorie in vielen Fällen nurmehr Wahrscheinlichkeitsaussagen erlaubt: In der klassischen Physik kann man Teilchen zu jedem Zeitpunkt einen Ort und eine Geschwindigkeit zuordnen, und wer diese Größen genau bestimmen kann, kann im Prinzip genau vorhersagen, wo sich die Teilchen in der Zukunft aufhalten werden. In der Quantentheorie lässt sich einem System von Teilchen nurmehr ein abstrakter Zustand zuordnen, aus dem sich keine exakten Vorhersagen, sondern nur noch Wahrscheinlichkeiten dafür ableiten lassen, ein bestimmtes Teilchen zu einem zukünftigen Zeitpunkt an einem gegebenen Ort anzutreffen. Ob man das Teilchen wirklich an diesem Ort antrifft, ist vom Zufall bestimmt. (Eine Möglichkeit, die Wahrscheinlichkeiten zu berechnen, bieten so genannte Pfadintegrale; siehe das Vertiefungsthema Auf allen möglichen Wegen zum Ziel.)

Zweite ungewöhnliche Eigenschaft ist, dass die Genauigkeit bestimmter Messungen prinzipiell eingeschränkt ist (Heisenbergsche Unschärferelation). Je genauer man beispielsweise den Ort eines Teilchens bestimmt, umso ungenauer werden die Aussagen, die sich über seine Geschwindigkeit treffen lassen.

Die dritte Eigenschaft hat der Quantentheorie ihren Namen gegeben: Eine Reihe physikalischer Größen kommen in der Natur nur in winzigen Paketen vor, den Quanten. Elektromagnetische Strahlung etwa besteht in der Quantentheorie aus winzigen Lichtpaketen, den Photonen.

Beispiele für Quantentheorien sind die Quantenmechanik und relativistische Quantenfeldtheorien wie die Quantenelektrodynamik oder die anderen Teile des Standardmodells der Elementarteilchen.

Quantentunneln

Siehe Tunneleffekt.

quantisieren, Quantisierung

Quantisierung ist erstens der Vorgang, bei dem eine klassische Theorie in eine korrespondierende Quantentheorie überführt wird. Wer die klassische, Maxwellsche Elektrodynamik quantisiert, landet bei ihrer Quantenversion, der Quantenelektrodynamik.

Quantisieren bedeutet auch, eine physikalische Größe in Bausteine oder Pakete zu unterteilen. In der Quantentheorie ist beispielsweise die Energie des Lichts quantisiert: eine gegebene Lichtmenge besteht aus einer endlichen Anzahl von Energiepaketen, so genannten Photonen.

Quark

Elementarteilchen, das durch die starke Kernkraft beeinflusst wird und in sechs Sorten vorkommt: Up-Quark, Down-Quark, Strange-Quark, Charme-Quark, Bottom-Quark und Top-Quark. (Die letzten beiden Sorten vereinzelt "Beauty" und "Truth" genannt.)

Quarks sind die Bestandteile von Kernteilchen wie Protonen und Neutronen, und damit letztendlich der Stoff, aus dem Atomkerne sind.

Quasar

Klasse von aktiven Galaxienkernen. Den Radioastronomen ursprünglich nur als sehr helle Radioquellen aufgefallen, die am Himmel nicht viel größer waren als Sterne, daher der Name, eine Zusammenziehung von "Quasi-stellar radio source", quasi-sternartige Radioquelle.

QCD

Siehe Quantenchromodynamik.

QED

Siehe Quantenelektrodynamik.