Vermittlerteilchen

Vermittlerteilchen (auch Austausch- oder Mediatorteilchen) bezeichnet in der Quantenfeldtheorie die Quantenfelder, deren Quanten die Kopplung zwischen anderen Teilchen herstellen und damit Kräfte vermitteln. Sie sind Träger der fundamentalen Wechselwirkungen. In der Standardmodell-Physik werden die vier Kräfte durch spezifische Vermittlerteilchen beschrieben: Elektromagnetismus durch das Photon; die schwache Wechselwirkung durch die W±- und Z0-Bosonen; die starke Wechselwirkung durch Gluonen. Die Gravitation wird in einer Quantentheorie der Gravitation durch das hypothetische Graviton beschrieben; dieses Teilchen ist bislang nicht experimentell nachgewiesen.

Eigenschaften und Wirkungsweise: Vermittlerteilchen treten oft als virtuelle Teilchen in Feynman-Diagrammen auf; sie können zeitweise existieren und sind nicht direkt beobachtbar. Die Masse des Vermittlerteilchens bestimmt die Reichweite der Kraft: masselose Teilchen führen zu langreichweitigen Kräften (Photon, Graviton theoretisch), während massereiche Teilchen wie W± und Z0 eine kurze Reichweite haben. Elektromagnetische Kräfte werden durch Photonen getragen; schwache Kräfte durch W± und Z0; starke Kräfte durch Gluonen, die Farbladung tragen und zur Konfinement führen, sodass freie Gluonen oder Quarks nicht als isolierte Teilchen auftreten.

Historischer Kontext: Die Idee eines Vermittlers der Kernkräfte wurde durch Yukawa eingeführt, der ein Meson als austauschendes Teilchen vorschlug; dies legte den Grundstein für das Mesonenaustausch-Modell. In der modernen Theorie erklärt der Austausch von Eichbosonen die Gleichungen der Quantenchromodynamik und der Elektroschwachen Theorie.

Ausblick: Jenseits des Standardmodells sind weitere Mediatorfelder möglich; eine vollständig quantisierte Gravitation bleibt hypothetisch.