Techniklexikon

elektromagnetische Wechselwirkung

KernphysikTeilchenphysik, eine der vier fundamentalen Wechselwirkungen im Standardmodell der Elementarteilchen. Die elektromagnetische Wechselwirkung greift an elektrischen Ladungen an und ist im mikroskopischen Bereich für den Aufbau der Atome und die Bindung von Atomen zu Molekülen verantwortlich. Da sie, gleich der Gravitation, eine unendliche Reichweite hat, zeigt die elektromagnetische Wechselwirkung im Gegensatz zur starken und zur schwachen Kraft auch im makroskopischen Bereich starke direkte Wirkungen. Die klassische Beschreibung der elektromagnetischen Wechselwirkung im makroskopischen Bereich lieferte J.C. Maxwell 1864 mit den nach ihm benannten Gleichungen, mit denen elektrische und magnetische Phänomene in einer vereinheitlichten Theorie zusammengefasst werden (Elektrodynamik); eine zentrale Vorhersage war die der Existenz elektromagnetischer Wellen.

Die quantentheoretische Beschreibung gelang mit der Quantenelektrodynamik, die heute zu den experimentell am genauesten getesteten Theorien zählt; nicht zuletzt ihr glänzender experimenteller Erfolg regte dazu an, auch die anderen Wechselwirkungen mit Hilfe lokal eichinvarianter Quantenfeldtheorien zu beschreiben. Typische Elementarteilchenprozesse der elektromagnetischen Wechselwirkung sind Streuprozesse von Elektronen (und anderen Leptonen) aneinander oder z.B. an Nukleonen. Die Untersuchung letzterer Streureaktionen konnte wesentlich zur Erforschung der Hadronen beitragen, da Leptonen gegenüber der starken Wechselwirkung neutral sind; sie können daher bei genügend hohen Energien tief in die Nukleonen eindringen und deren Struktur »sehen« (Elektron-Nukleon-Streuung). Ende der sechziger Jahre erkannte man mit solchen Experimenten, dass die Nukleonen aus Partonen (die später mit den Quarks identifiziert wurden) zusammengesetzt sind, an denen die Elektronen streuen (Parton-Modell). Experimente bei noch höheren Energien an Speicherringen, wo es zur Paarvernichtung von Elektronen und Positronen kommt (Elektron-Positron-Vernichtung), haben in den siebziger Jahren entscheidend zur Herausbildung des Standardmodells der Elementarteilchen beigetragen.