Die vier Grundkräfte der Natur, die die Physik kennt, sind:
- Starke Wechselwirkung
- verantwortlich für den Zusammenhalt der Atomkerne
- sehr kurze Reichweite von 10-15 m aufgrund Confinement
- stärkste aller Wechselwirkungen
- Überträgerteilchen sind Gluonen
- Elektromagnetische Wechselwirkung
- verantwortlich für die meisten alltäglichen Phänomene (Licht, Elektrizität und Magnetismus, Chemie, Festkörpereigenschaften, ...)
- unendliche Reichweite
- positive und negative Ladungen können einander in der Fernwirkung kompensieren
- im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10-2 -mal so stark
- Überträgerteilchen ist das Photon
- Schwache Wechselwirkung
- verantwortlich für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse (z.B. Betazerfall)
- sehr kurze Reichweite von 10-17 m aufgrund massiver Überträgerteilchen
- im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10-13 -mal so stark
- Überträgerteilchen sind die Teilchen Z0, W+ und W-
- Gravitation
- dominiert die großräumigen Strukturen des Universums, da nicht abschirmbar
- unendliche Reichweite
- schwächste aller Wechselwirkungen, im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10-39-mal so stark
- Überträgerteilchen ist das Graviton (postuliertes, bislang nicht nachgewiesenes Teilchen)
Tabellarisch:
| Grundkraft | Überträgerteilchen | Masse (GeV/c2) |
relative Stärke |
Reichweite (m) |
|---|---|---|---|---|
| Starke | 8 Gluonen | 0 | 1 | 10-15 |
| Elektromagnetische | Photon | 0 | 10-2 | unendlich |
| Schwache | W+, W-, Z0 | 80, 80, 91 | 10-13 | 10-17 |
| Gravitation | Graviton | 0 | 10-39 | unendlich |
Im Rahmen der klassischen Physik wurden die Kraftgesetze für die Gravitation und die elektromagnetische Wechselwirkung als Axiome betrachtet. In der Quantenfeldtheorie dagegen werden alle vier Kräfte auf den Austausch von virtuellen Bosonen zurückgeführt.
Die Stärken dieser vier Grundkräfte nähern sich mit zunehmender kinetischer Energie der Teilchen, zwischen denen sie wirken, an. Man geht davon aus, dass alle vier Grundkräfte bei den extrem hohen Energien, wie sie unmittelbar nach dem Urknall vorherrschten, gleich stark waren.
Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte oder Wechselwirkungen in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Man spricht auch von vereinheitlichten Theorien oder von den Großen Vereinheitlichten Theorien (GUTs: Grand Unified Theories).
Beispielsweise ist die elektromagnetische Wechselwirkung eine Vereinheitlichung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung. Ebenso ist es gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung in der Quantenfeldtheorie der elektroschwachen Wechselwirkung vereinheitlicht zu beschreiben. Es handelt sich daher streng genommen nur um drei verschiedene und voneinander unabhängige Grundkräfte.
Siehe auch: Eichboson