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Antiteilchen

Allgemein gilt, dass Antiteilchen dieselbe Masse besitzen wie die zugehörigen Teilchen, aber entgegengesetzte Ladungen; beispielsweise haben Elektronen und Positronen dieselbe Masse, aber die Elektronen sind elektrisch negativ geladen, die Positronen elektrisch positiv. Bei Teilchen, die gar keine Ladung tragen, sind Teilchen und Antiteilchen identisch.

Definitioner

Ladung

Einerseits: Maß für die Stärke einer Kraft, die von einem Körper ausgeht oder mit der er auf einen Krafteinfluss reagiert. Bekanntestes Beispiel ist die elektrische Ladung: Elektrisch geladene Körper üben auf andere elektrisch geladene Körper elektrostatische Kräfte aus - je größer die elektrische Ladung der beteiligten Körper, ums größer die Kräfte.

Für Ladungen ist charakteristisch, dass sie erhalten bleiben, dass sie also weder aus dem Nichts entstehen noch vernichtet werden. Wenn beispielsweise ein Positron mit elektrischer Ladung 1 sich mit einem Elektron mit der elektrischen Ladung -1 zu elektromagnetischer Strahlung vernichtet, dann ist der Ladungserhaltung genüge getan: Vor der Vernichtung war die Summe der Ladungen 1+(-1)=0, nach der Vernichtung ist die Ladung der elektrisch neutralen Strahlung ebenfalls Null.

Die Elementarteilchenphysik kennt zusätzlich noch abstraktere Ladungen, die zwar nicht direkt mit Kräften zusammenhängen, aber für die bei Reaktionen zwischen Elementarteilchen ebenfalls ein Erhaltungssatz gilt.

geladen (Ladung)

Antiteilchen

Es ist eine allgemeine Eigenschaft von Theorien, die Spezielle Relativitätstheorie und Quantentheorie verbinden, dass sie zu jeder Teilchensorte eine Sorte von Antiteilchen vorhersagen. Zu den Elektronen existieren als Antiteilchen die Positronen, zu den Protonen gehören die Antiprotonen, usw. Allgemein gilt, dass Antiteilchen dieselbe Masse besitzen wie die zugehörigen Teilchen, aber entgegengesetzte Ladungen; beispielsweise haben Elektronen und Positronen dieselbe Masse, aber die Elektronen sind elektrisch negativ geladen, die Positronen elektrisch positiv. Bei Teilchen, die gar keine Ladung tragen, sind Teilchen und Antiteilchen identisch.

Masse

In der klassischen Physik spielt die Masse eines Köpers drei Rollen gleichzeitig. Zum einen ist die Masse ein Maß dafür, wie leicht sich der Bewegungszustand eines Körpers ändern lässt ("träge Masse"). Fliegen an einem schwerelosen Raumfahrer ein Elefant und eine Maus vorbei, und gibt der Raumfahrer jedem der Tiere einen Schubs gleicher Stärke, dann ist der Umstand, dass die Maus ihre Flugrichtung und/oder Geschwindigkeit daraufhin sehr stark ändert, der Elefant dagegen kaum, sicheres Zeichen dafür, dass die Masse des Elefanten wesentlich größer ist als die der Maus. Zweitens ist die Masse ein Maß dafür, aus wieviel Materie ein Körper besteht. Atome ein und derselben Sorte haben dieselbe Masse, und die Gesamtmasse eines Körpers ergibt sich, indem man all die winzigen Massen seiner atomaren Bestandteile zusammenzählt. Drittens bestimmt die Masse gemäß dem Newtonschen Gravitationsgesetz, wie stark ein Körper andere Körper über die Schwerkraft anzieht und wie stark andere Massen ihn anziehen ("schwere Masse"). Auch in der Speziellen Relativitätstheorie lässt sich eine Masse definieren, die ein Maß dafür darstellt, wie stark sich der Körper Versuchen wiedersetzt, seinen Bewegungszustand zu ändern. Diese relativistische Masse ist allerdings davon abhängig, wie schnell sich der betreffende Körper gegenüber dem Beobachter bewegt (relativistische Massenzunahme). Ihren berühmtesten Auftritt hat diese Masse in der Formel E = mc² (Masse-Energie-Äquivalenz). Den kleinsten Wert hat die relativistische Masse eines gegebenen Körpers für einen Beobachter, der sich relativ zum Körper in Ruhe befindet. Dies ist die so genannte Ruhemasse des Körpers, und wenn etwa in der relativistischen Teilchenphysik von Masse die Rede ist, ist meist die Ruhemasse gemeint. Die Ruhemasse ist wie in der klassischen Physik eine Art Maß für den Materiegehalt des Körpers. Bei zusammengesetzten Körpern tragen nun aber beispielsweise die Energien der Bindungskräfte etwas zur letztendlichen Masse bei (wieder ein Beispiel für die Masse-Energie-Äquivalenz. In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Masse nach wie vor ein Maß für die Gravitationswirkung, die von einem Körper ausgeht; zusätzlich zur Masse tragen hier allerdings auch Größen wie Energie, Impuls und innerer Druck bei (siehe hierzu das Vertiefungsthema Masse und mehr). Die Maßeinheit der Masse im internationalen Einheitensystem ist das Kilogramm. Mit der Definition von träger und schwerer Masse - Masse als Trägheitsmaß und "Gravitationsladung" - und mit dem Zusammenhang dieser Definitionen mit dem so genannten Äquivalenzprinzip, einem der Ausgangspunkte der Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie, beschäftigt sich das Vertiefungsthema Träge und schwere Masse.

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