Partikelmasse

Partikelmasse bezeichnet die intrinsische Eigenschaft eines Teilchens, die dessen Trägheit und seine Wechselwirkung mit der Gravitation bestimmt. In der modernen Physik wird zwischen der Ruhemasse eines Teilchens (rest mass) und energetisch bedingten Größen unterschieden. Die Ruhemasse m0 ist eine eigentümliche Größe, die nicht von der Bewegung abhängt. Die Bezeichnung der sogenannten relativistischen Masse wird heute selten verwendet.

Die Beziehung zwischen Energie, Impuls und Masse wird durch die relativistische Formel E^2 = (pc)^2 + (m0 c^2)^2 beschrieben, wobei p der Impuls ist. Mit E = γm0c^2 und p = γm0v folgt, dass sich die Masse mit der Geschwindigkeit nicht ändert, obwohl die Energie und der Impuls zunehmen. Wer die Ruhemasse eines Teilchens kennt, kann daraus seine Energie- und Impulswerte in jeder Bewegungsrichtung ableiten.

Herkunft der Masse im Standardmodell: Die Ruhemasse der fundamentalen Fermionen und der W- und Z-Bosonen entsteht durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld ( Yukawa-Kopplungen bzw. Higgs Mechanismus). Photonen und Gluonen sind masselos aufgrund der entsprechenden Gauge-Symmetrien; Fermionen erhalten ihre Masse durch ihre Kopplung an das Higgs-Feld. Bei zusammengesetzten Teilchen wie Protonen und Neutronen stammt der Großteil ihrer Masse nicht aus den Eigenmassen der Quarks, sondern aus Bindungsenergie der Quark-Gluon-Dynamik (QCD).

Messung und Größenordnung: Die Masse eines Teilchens wird in Energieeinheiten (GeV/c^2 oder eV/c^2) angegeben. Das Elektron besitzt 0,511 MeV/c^2, das Proton etwa 938 MeV/c^2, Photonen sind masselos. Neutrinos haben winzige Restmassen, deren Werte und Hierarchien Gegenstand laufender Experimente sind.

Bedeutung: Die Masse ist ein zentrales Merkmal des Teilchen-Spektrums und liefert Hinweise auf Mechanismen der Massenbildung sowie auf mögliche Physik jenseits des Standardmodells.