Kernteilchen

Kernteilchen sind die Bausteine des Atomkerns. Die wichtigsten Vertreter sind Protonen und Neutronen, zusammen als Nukleonen bezeichnet. Protonen tragen eine positive Elementarladung, Neutronen sind elektrisch neutral; beide besitzen einen Spin von 1/2 und nahezu gleiche Massen (ca. 938–939 MeV/c^2). In der Kernphysik wird die Struktur des Kerns durch das Wechselspiel dieser Nukleonen bestimmt.

Der Kern wird durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten, die über kurze Reichweite wirkt. Ihre effektive, residuale Komponente sorgt für die Bindungsenergie des Kerns und damit dafür, dass die Summe der Nukleonenenmal größer als der Kern ist. Die Anordnung der Nukleonen in Schalen oder andere kollektive Muster bestimmt Eigenschaften wie Halbwertszeit, Spin und Parität einzelner Nuklide. Isotope unterscheiden sich dabei durch die Anzahl der Neutronen.

Auf fundamentaler Ebene sind Kernteilchen nicht grundlegend: Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks (Protonen aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark; Neutronen aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark), die durch Gluonen zusammengehalten werden. Die Quarkstruktur wird durch die Quantenchromodynamik beschrieben, während in der Kernphysik oft effektive Modelle und Phenomenologie verwendet werden.

Kernteilchen lassen sich experimentell durch Kernreaktionen, Spektroskopie und Streuversuche untersuchen. Das Verständnis der Nukleon-Interaktionen ist grundlegend für Anwendungen in der Energiegewinnung, Medizin, Umweltforschung und Grundlagenforschung in der Teilchenphysik.