Das Atom und seine Bestandteile

Im antiken Griechenland gab es Philosophen, die darüber grübelten, woraus alles besteht. Eine Meinung war, dass die allerkleinsten Teilchen – sogenannte Atome – in aller Materie zu finden wären. Im frühen 19. Jahrhundert schienen Experimente diese Theorie zu bestätigen. Es gibt Atome wirklich!

Man stellte sich sie als runde, feste Kugeln vor, die nicht in kleinere Teile aufgeteilt werden könnten. Ende des 19. Jahrhunderts, fast hundert Jahre später, gab es eine neue Entdeckung. Atome können noch kleinere Partikel emittieren – Elektronen. Atome können also unmöglich die kleinsten Bestandteile aller Materie sein.

Auch sie sind noch teilbar. Seit den 1930er-Jahren wissen wir, dass Atome aus drei Arten von Teilchen bestehen. In der Mitte des Atoms – im Atomkern – finden wir Protonen und Neutronen. Um den Kern befinden sich Elektronen. Zunächst wurde angenommen, dass die Elektronen um den Kern kreisen – wie Planeten um die Sonne.

Heute wissen wir: Es ist nicht ganz so einfach. Es gibt keine Kreisbahnen mit festen Abständen zueinander, sondern eher so was wie eine Wolke von Elektronen um den Kern. Man könnte sagen: Die Elektronen sind überall in dieser Elektronenwolke – zur gleichen Zeit! Im Vergleich zum Kern ist die Elektronenwolke riesig – zehntausendfach größer. Würden wir ein Atom maßstabgerecht zeichnen, wäre der Kern nur ein winziger Punkt.

Diese Weise, ein Atom zu zeichnen, ist nicht ganz klar, deshalb stellen wir das Atom meistens mit einem vergrößerten Atomkern dar und die Elektronen in Kreisbahnen umher. Ein nützliches Modell, um den Aufbau eines Atoms zu zeigen, ohne dabei zu sehr ins Detail zu gehen. Ein Atom kann in einer chemischen Reaktion einige seiner Elektronen verlieren, oder weitere Elektronen aufnehmen,... oder Elektronen mit anderen Atomen teilen. Der Atomkern ist hingegen stabiler.

Ihm machen chemische Reaktionen nichts aus. Nun, da wir bis zu den Protonen, Neutronen und Elektronen durchgedrungen sind: Ist dies das Ende? Sind diese Teilchen die kleinsten Einheiten der Materie? ...Oder können sie in noch kleinere Teile aufgeteilt werden? Unseres Wissens nach kann ein Elektron nicht in kleinere Stücke unterteilt werden. Es stellt ein Elementarteilchen dar.

Und wie sieht es mit den Neutronen und Protonen aus? Sie bestehen aus kleineren Teilchen, sogenannten Quarks. Drei Quarks sind vonnöten, um ein Proton oder ein Neutron zu bilden. Das Besondere an den Quarks ist, dass man ein Quark nie isolieren kann. Sie kommen immer in Bündeln von zwei oder drei Quarks vor.

Wir gehen heutzutage nicht davon aus, dass sie aus kleineren Stücken bestehen – so wie Elektronen scheinen auch Quarks Elementarteilchen zu sein. Doch die Wissenschaft entdeckt immer neue Sachverhalte, vielleicht werden wir unsere Sicht auf den elementarsten Bestandteil aller Materie also wieder ändern müssen.