Die Alltagswelt ist uns vertraut. Sie ist aber nicht in sich selbst erklärbar, Menschen haben in ihrer Neugier immer schon nach den Gründen für Entstehen, Veränderung und Vergehen in der Natur gesucht.
Unser heutiges Wissen über die mikroskopischen Grundstrukturen der Natur, ihre Einbettung in das kosmische Geschehen und die engen Zusammenhänge dieser Bereiche werden in den beiden Zweigen
Atome
Kerne
Teilchen
und
Sterne
Galaxien
Kosmos
dargestellt.
Atome Atome sind die Einheiten der chemischen Elemente. Natürlich sind sie keine "unteilbaren" Körper, wie es der griechische Name impliziert, sondern aus einem Kern und einer Elektronenhülle aufgebaut. Das Periodische System der Elemente wird durch diesen Aufbau der Atome erklärt.
Sterne Die meisten der uns sichtbaren Sterne sind glühende Gaskugeln wie unsere Sonne. Sterne entstehen aus Gaswolken, haben ein ereignisreiches Leben und oft einen dramatischen Tod. Und auch die Leichen sind höchst interessante astronomische Objekte (Neutronensterne, schwarze Löcher, ...)
Kerne Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen. Obwohl die Kerne nur einen winzigen Teil des Atom­volumens ausmachen tragen sie über 99% zur Masse der Atome bei. Viele Kerne sind instabil (Radioaktivität) oder können durch Teilchen­beschuss verändert werden. Damit lassen sich auch neue Kerne erzeugen, die beträchtlich schwerer als die größten in der Natur vorkommenden Kerne (Uran, Plutonium) sind.
Galaxien Galaxien sind Schwärme von einigen bis hunderten Milliarden von Sternen in verschiedenen Strukturen, oft mit einem riesigen schwarzen Loch im Zentrum. Galaxien bilden wiederum Schwärme (Galaxienhaufen), die den kosmischen Raum in filamentartigen Strukturen füllen.
Teilchen Die heute als fundamental angesehenen Elementarteilchen der Materie sind Quarks und Leptonen. Davon gibt es jeweils 6 und zu jedem davon ein Antiquark oder Antilepton, die Bestandteile der Antimaterie. Diese Teilchen wechselwirken untereinander durch 4 verschiedene Kräfte und erklären so alle Erscheinungen der uns bekannten Natur.
Kosmos Unser Kosmos scheint vor knapp 14 Milliarden Jahren in einem "Urknall" entstanden zu sein und dehnt sich seither aus. Die den ganzen kosmischen Raum füllende elektromagnetische Mikro­wellen­strahlung weist auf frühe Dichte­schwankungen der Materie hin, die zu den heutigen Galaxien führten.
5 große Fragen der Teilchenphysik und Kosmologie 5 große Fragen der Teilchenphysik und Kosmologie
  • Was ist der Ursprung der Masse?
  • Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie?
  • Gibt es eine vereinheitlichte Beschreibung aller fundamentalen Wechselwirkungen?
  • Was ist die dunkle Materie im Universum?
  • Gibt es mehr als drei Raumdimensionenen?