Trägerteilchen

Trägerteilchen, auch Mediator- oder Austauschteilchen genannt, sind in der Quantenfeldtheorie die Quantenfelder, die eine fundamentale Wechselwirkung vermitteln. Sie fungieren als Austausch zwischen anderen Teilchen und übertragen Kräfte. In der Teilchenphysik handelt es sich in der Regel um Bosonen, die als Träger der jeweiligen Interaktion auftreten (Gauge-Bosonen).

Zu den bekanntesten Beispielen gehören Photonen (Träger der elektromagnetischen Wechselwirkung), W- und Z-Bosonen (Träger der schwachen Wechselwirkung) sowie Gluonen (Träger der starken Wechselwirkung). Die Gravitationswechselwirkung wird hypothetisch durch den Graviton beschrieben. Die Eigenschaften der Träger, insbesondere Masse und Spin, bestimmen Reichweite und Natur der Kraft: Photonen und Gluonen sind masselos, W- und Z-Bosonen sind massiv. Die starke Kraft wirkt aufgrund von Konfinement überwiegend nur auf sehr kurze Distanzen.

Trägerteilchen können als reale Teilchen auftreten oder als virtuelle Teilchen, die nur in Zwischenzuständen eines Prozesses vorkommen. In Feynman-Diagrammen erscheinen sie als Linien, die die Felder der Teilchen miteinander interagieren lassen. Virtuelle Träger erfüllen nicht die einfache on-shell-Bedingung, liefern aber quantitative Beiträge zu Prozessen und zu Wirkungsquerschnitten.

Der Begriff wird auch außerhalb der Teilchenphysik verwendet, etwa in der Festkörperphysik für kollektive Anregungen wie Phononen, die als Träger von Kopplungen auftreten. Insgesamt bilden Trägerteilchen das zentrale Konzept der Mediationskräfte im Standardmodell und in Theorien jenseits davon.