Magnetfelder werden von Menschen (im Gegensatz zu einigen Tierarten) nicht wahrgenommen. Darum können wir elektromagnetische Felder erst dann wahrnehmen, wenn sie so hoch sind, dass sie zu einer starken Erwärmung des Körpers führen (Mikrowellenprinzip).

Für elektromagnetische Felder gibt es Grenzwerte

„Solchen Feldern sind Menschen in Deutschland im Alltag nicht ausgesetzt“, sagt das Bundesamt für Strahlenschutz. Denn die von der Regierung festgelegten Grenzwerte für elektromagnetische Felder lägen deutlich unter diesem Schwellenwert. Einige Umweltmediziner kritisieren allerdings das Modell, mit dem diese Grenzwerte bestimmt worden sind. Sie seien zu hoch angesetzt.

Kein Zusammenhang zwischen Symptomen und Strahlung

Der Großteil der nationalen und internationalen Studien kann keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen den Symptomen und elektromagnetischer Strahlung feststellen. So heißt es beispielsweise in einer 2009 veröffentlichten Untersuchung der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, dass elektromagnetische Hypersensibilität „nicht auf eine nachweisbare, biologisch begründete Empfindlichkeit gegenüber alltagsüblichen elektromagnetischen Feldern“ zurückgeführt werden könne.

Bislang kommen als valide eingestufte Studien zu dem Ergebnis, dass elektromagnetische Strahlen nicht die Ursache für die Symptome der Betroffenen sind.

Es gibt Kritik an bestehenden Methoden

Unter den Forschern gibt es allerdings auch Kritik an den bisherigen Methoden: Die kanadischen Wissenschaftler Stephen J. Genius und Christopher T. Lipp beispielsweise forderten 2012, dass bei Untersuchungen nicht nur eine Frequenz verwendet werden dürfe, da elektrosensible Personen auf unterschiedliche Frequenzen reagieren könnten.

Dieser Forderung sind Forscher nachgegangen und haben unter häuslichen Bedingungen mit typischen Signalen entsprechend den Angaben der Betroffenen gearbeitet. Auch hier wurde unter doppelblinden Bedingungen (weder Testperson noch Forscher wissen wann ein Feld angewendet wird) nicht nachgewiesen, dass elektrosensible Menschen elektromagnetische Felder wahrnehmen können oder darauf mit Symptomen reagieren.

Allerdings traten Symptome dann auf, wenn die Testpersonen wussten oder glaubten, den Feldern ausgesetzt zu sein. Da es demnach unwahrscheinlich ist, dass die Felder die Ursache der gesundheitlichen Beschwerden sind, werden laut Bundesamt für Strahlenschutz aktuell Verhaltenstherapien getestet.

Bei der Wahl eines Smartphones kann man außerdem auf die spezifische Absorptionsrate achten. Das ist die Energie, die der Körper durch elektromagnetische Strahlung aufnimmt. Dazu hat das Bundesamt eine Liste der SAR-Werte für verschiedene Smartphone veröffentlicht.

Ein weiterer Tipp: Head-Sets nutzen, statt das Smartphone direkt an den Kopf zu halten und nachts den Flugmodus aktivieren.

Gunde Ziegelberger vom Bundesamt für Strahlenschutz empfiehlt Betroffenen oft, umweltmedizinische Beratungsstellen aufzusuchen. Diese können auch helfen, wenn man den Verdacht hat, dass Schadstoffe in der Umwelt krankmachen könnten.

In den letzten 20 Jahren haben Handys den Weg in fast jede Hosentasche gefunden. Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben sich in mehr als 1500 Studien mit Effekten von (Mobil-)Funkstrahlung auseinandergesetzt und gesundheitliche Auswirkungen auf den Menschen untersucht – sowohl an Menschen als auch an Tieren. Einen Überblick über die bisherigen Studien gibt etwa das EMF-Portal der RWTH Aachen. Besonders drei große Studien werden weltweit immer wieder hervorgehoben:

1. die Interphone-Studie
2. die Danish-Studie
3. die Million-Woman-Studie

In diesen Studien wurde an insgesamt mehr als 1,5 Millionen Menschen ein Zusammenhang zwischen Handynutzung und Krebs untersucht. Einig sind sich die Studien lediglich bei einem Effekt: dass die Strahlung das Gewebe erwärmt. Eine übereinstimmende Korrelation mit Krebs, etwa mit Hirntumoren, haben sie dagegen nicht gefunden – auch nicht über Nutzungszeiträume von mehr als zehn Jahren hinweg.

Die „alte“ Handystrahlung scheint harmlos

Außerdem gibt es zahlreiche experimentelle Tierstudien, die an Mäusen oder Ratten durchgeführt wurden. Umstritten ist, wie sich die Ergebnisse auf den Menschen übertragen lassen. Denn sie wurden so unterschiedlich geplant und durchgeführt, dass sie sich nicht direkt miteinander vergleichen lassen. Dazu haben sie zu unterschiedliche Tierstämme, SAR-Werte, Krebsarten, Frequenzen und Zeiträume untersucht. Hinzu kommt: Ähnliche Studien kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen.

Mehrheitlich aber sehen die Mensch- und Tierstudien keinen Zusammenhang zwischen Handystrahlung und etwa der Häufigkeit von Krebserkrankungen. Zu diesem Urteil kommen sowohl die WHO als auch das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS).

Übersichtsstudien haben auch herausgefunden: Die Krebshäufigkeit hat sich seit Beginn der Handy-Ära nicht sonderlich verändert. Obwohl die Handystrahlung also in hohem Maße zugenommen hat, sind die Krebszahlen nicht gleichermaßen in die Höhe geschnellt. Zwar diagnostizieren viele Ärzte heutzutage häufiger Krebs als noch vor der Jahrtausendwende. Das kann aber genauso daran liegen, dass Krebs heute besser erkannt wird – und dass die Menschen mittlerweile viel älter werden.

Die Mehrheit der Studien und Experten sagt daher: Mobilfunk stellt für erwachsene Menschen vermutlich keine Gefahr dar. Nur: Die Strahlung in den meisten Untersuchungen bezog sich lediglich auf zwei Frequenzen, nämlich 900 und 1900 Megahertz – die meisten Ergebnisse gelten also nur für Frequenzen aus alten Mobilfunknetzen. Über die Auswirkungen von 5G sagen sie wenig bis nichts aus.

Wenig Forschung zu 5G-Strahlung

Jüngst haben zwei aktuelle Studien zur Handystrahlung Aufsehen erregt: ein Forschungsprojekt der US-amerikanischen Behörde für Toxikologie, das National Toxicology Program, und eine italienische Studie, die fast zeitgleich am Ramazzini-Institut der Universität in Bologna durchgeführt wurde.

Die US-Wissenschaftler haben für ihre Studie 3000 Mäuse und Ratten Handystrahlung ausgesetzt – zwei Jahre lang, über neun Stunden am Tag. Während des Versuchs konnten die Wissenschaftler die Strahlendosis ganz genau bestimmen. Ein wichtiger Faktor, der sich beim Menschen nicht kontrollieren lässt, da die Handystrahlung von Standort, Empfang und der Nutzung abhängt. Das Ergebnis: Die US-Forscher fanden tatsächlich einen Zusammenhang zwischen Strahlung und Krebs– zumindest bei männlichen Tieren. Auch die italienischen Wissenschaftler fanden eine erhöhte Anzahl an Hirn- und Herztumoren – und fordern die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) nun auf, die bisherige Einschätzung zum Krebsrisiko durch Handystrahlung zu überdenken.

Bestrahlung in den Studien viel höher als in der Realität

Aber: Die Forscher haben den gesamten Körper der Tiere bestrahlt – mit einer höheren Strahlung, als sie in Deutschland gesetzlich erlaubt ist. Außerdem dauerte die Bestrahlung pro Tag rund neun Stunden. Für die meisten Menschen ist das fernab der Realität.

Hinzu kommt ein Befund, der selbst die Forscher überrascht hat: Die Tiere, die der intensiven Handystrahlung ausgesetzt waren, haben sogar länger gelebt als die nicht bestrahlten Tiere der Kontrollgruppe.

Ein abschließendes Urteil zur 5G-Frequenz ist noch nicht möglich, denn die meisten Studien haben auch bisher nur die alten Frequenzen untersucht – mehrheitlich mit Befunden, die keinen Grund zur Sorge bieten.

Wie wirkt Handystrahlung auf Kinder?

Ein weiterer Befund aus der dänischen Kohortenstudie etwa war: Es gab häufiger Kinder mit Verhaltensauffälligkeiten, wenn die Mutter während und nach der Schwangerschaft das Handy intensiv genutzt hatte. Aber: Ob die Handystrahlung die Ursache dafür ist, ist nicht klar. Es gibt auch eine andere mögliche Erklärung. So kommt es laut einer anderen Studie durch intensive Handynutzung der Mutter während des Kleinkindalters womöglich deshalb zu Verhaltensstörungen, weil Mutter und Kind weniger Augenkontakt miteinander hatten.

Schädigt die Strahlung die Fruchtbarkeit?

Weitere Studien haben den Effekt auf die Spermienqualität bei Männern untersucht. Denn schon länger besteht der Verdacht, dass Handystrahlung die Beweglichkeit von Spermien beeinträchtigt. Dieser Effekt könnte über einen Temperaturanstieg entstehen.

Die Ergebnisse sind jedoch nicht einheitlich – und so lässt sich dieser Befund nicht ausreichend interpretieren. Was die Handystrahlung letztlich für eine Auswirkung auf die Fruchtbarkeit hat, ist weiterhin unklar. Eine Vorsichtsmaßnahme wäre, das Mobiltelefon möglichst weit von den Geschlechtsorganen entfernt zu tragen – und die Wahl der Unterwäsche zu überdenken.

Stört Handystrahlung den Stoffwechsel?

Andere Studien haben festgestellt, dass die Mobilfunkstrahlung und der Temperaturanstieg den Stoffwechsel von Tieren oder deren embryonale Entwicklung stören. Was hier aber zu beachten ist: Die Temperatur in den Studien war oftmals durchgehend um etwa ein Grad erhöht. Die Grenzwerte in Deutschland sollen aber dafür sorgen, dass sich das Ohr oder Gehirn beim Telefonieren nur um wenige Zehntel Grad erwärmt.

Die Studienlage ist also vor allem eins: nicht eindeutig.

Zwar verfallen die meisten Experten nicht in Panik, eine begründete Sorgfaltspflicht allerdings besteht. Wichtig ist erst einmal: ein statistischer Zusammenhang zwischen Krebsanstieg und Mobilfunk muss nichts über die Ursache aussagen – und das scheint derzeit auch nicht der Fall zu sein.

Ob Handystrahlung, insbesondere im 5G-Bereich, tatsächlich zu Zellstörungen, Tumoren oder Fehlentwicklungen führt, lässt sich nur über weitere, sehr gründliche Langzeitstudien belegen. Davon gibt es aber bisher nur wenige – und die haben ausschließlich die alten Mobilfunkstandards untersucht. Inwiefern aber die neuen Masten, andere Frequenzen und Strahlungsverteilung durch das 5G-Netz gesundheitliche Effekte nach sich ziehen, ist zum jetzigen Zeitpunkt also unklar.

So vermeidest du Handystrahlung:

Bis erste zuverlässige Ergebnisse vorliegen (und das wird noch Jahre dauern), kann jeder Einzelne sein Risiko minimieren. Das Bundesamt für Strahlenschutz empfiehlt daher:

• das Handy so häufig wie möglich ausschalten
• vor dem Zubettgehen den Flugmodus einschalten
• das Handy möglichst weit weg vom Körper tragen

Heißt: Die übliche Hosentasche ist aus gesundheitlicher Sicht tabu. Über Headset und Freisprecheinrichtung lässt sich die Handystrahlung relativ schnell verringern, da die Strahlung schon nach kurzer Distanz deutlich abnimmt.

Autor: Mathias Tertilt

In Sievert (Sv) wird die Strahlenbelastung auf den Menschen ausgedrückt – auch bezeichnet als effektive Äquivalentdosis. Sie berücksichtigt, welche Strahlenart (Alpha, Beta, Gamma) auf das Gewebe wirkt und wie sie wirkt. Denn jedes Gewebe reagiert auf Strahlung anders, die Haut ist etwa weniger empfindlich als innere Organe. Die Äquivalentdosis wird zum Beispiel bei Röntgen- und Computertomografie-Untersuchungen angegeben. Da es einen Unterschied macht, wie lange ein Mensch Strahlung ausgesetzt ist, wird die effektive Äquivalentdosis immer zusammen mit einer Zeiteinheit angegeben.

Ob als Gas in der Luft, in Gesteinen der Erdkruste oder daraus hergestellten Baumaterialien wie Ziegel oder Beton: Radioaktive Stoffe kommen in geringen Mengen praktisch überall auf der Erde vor und breiten sich über verschiedenste Wege aus: Sie können eingeatmet, in Pflanzen eingebaut oder über die Nahrung aufgenommen werden. Die Konzentration dieser terrestrischen Strahlung kann sich regional allerdings stark unterscheiden.

Nicht nur natürliche Strahlung

Auch die Strahlung aus künstlich erzeugter Kernspaltung kann über verschiedenste Wege radioaktive Spuren in der Umwelt hinterlassen. Das geschieht bei der Nutzung von Kernkraft zur Energiegewinnung, aber auch oberirdische Atomwaffentests sowie die Reaktorunfälle in Tschernobyl 1986 und Fukushima 2011 haben radioaktive Partikel weltweit in der Atmosphäre verbreitet.

Bei vielen Untersuchungen spielen medizinische Strahlenquellen eine Rolle, die etwa bei einer Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs eingesetzt werden. Die Richtlinien zur Entsorgung medizinischer Radionuklide sind allerdings streng, sodass diese über Abwasser selten in die Umwelt gelangen. Beim Röntgen oder der Computertomografie sind Patienten sowie medizinisches Personal weiteren medizinischen Strahlenquellen ausgesetzt.

Atmet man Radon und seine Zerfallsprodukte über einen längeren Zeitraum ein, steigt das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken, wie etwa eine Übersichtsstudie zeigt. Radon ist nach dem Rauchen die zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs. Gut fünf Prozent der Todesfälle durch Lungenkrebs in der Bevölkerung sind nach aktuellen Erkenntnissen auf Radon und seine Zerfallsprodukte in Gebäuden zurückzuführen. Einfache Maßnahmen zum Schutz vor Radon in Gebäuden sind regelmäßiges Lüften oder das Abdichten undichter Stellen.

Wie viel Radon im Boden, in der Luft und in Innenräumen vorkommt, ist in Deutschland regional unterschiedlich. In der norddeutschen Tiefebene sind die Konzentrationen meist niedrig; in den meisten Mittelgebirgen, im Alpenvorland und in Gegenden mit Gesteinsmoränen der letzten Eiszeit eher höher. Einen Überblick liefert die Radonkarte des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS).

Künstliche Radioaktivität vor allem durch Medizin

Mit 1,7 Millisievert im Jahr geht der überwiegende Teil der künstlichen Strahlung auf medizinische Untersuchungen zurück – etwa beim Röntgen, in der Computertomografie oder in der Strahlentherapie. Hier wird Krebs mit ionisierender Strahlung behandelt – in der Hoffnung, dass die Tumorzellen auf diese Weise zerstört werden.

Die Strahlendosen verschiedener Untersuchungen können sich allerdings erheblich voneinander unterscheiden. Eine einfache Zahnaufnahme beim Zahnarzt ist wesentlich weniger belastend als eine Mammografie. Eine Computertomografie des Brustkorbs ist in der Regel weniger strahlenbelastend als eine der Bauchorgane. Noch mehr Strahlung ist man etwa bei einer Darstellung der Arterien ausgesetzt.

Eine Ausnahme: Paranüsse. Sie enthalten nicht nur große Mengen des Spurenelements Selen, sondern strahlen mit 10 Becquerel Radium pro Kilogramm Frischmasse deutlich mehr als sonstige Lebensmittel in Deutschland. Der Verzehr von zwei Paranüssen pro Tag kann dadurch zu einer Strahlenbelastung von etwa 0,16 Millisievert im Jahr führen. Wer sich an diese Verzehrmenge hält, bewegt sich damit aber immer noch in einem unkritischen Rahmen.

Pilze und Wildtiere

Auch künstlich erzeugte Strahlung findet man in Lebensmitteln. Durch den Reaktorunfall von Tschernobyl sind die Böden auch über 30 Jahre später vor allem im Süden Deutschlands noch immer mit Cäsium-137 belastet – und dadurch auch bestimmte Pilz- und Wildtierarten. So wurden in den letzten Jahren vereinzelt Werte von bis zu mehreren Tausend Becquerel pro Kilogramm bei Wildtieren und bestimmten Speisepilzen gemessen. Die Messwerte der meisten Proben lagen allerdings deutlich darunter.

Je nach Pilzart und von Standort zu Standort kann das Ausmaß der Kontamination außerdem erheblich schwanken. Unter den Wildtieren werden etwa bei Wildschweinen die höchsten Becquerelwerte gemessen, bei Pilzen sind vor allem Semmelstoppelpilze, Elfenbein- und Braunscheibige Schnecklinge und Maronenröhrlinge noch heute radioaktiv belastet.

Was bedeutet das nun? Die Aufnahme von 80.000 Becquerel Cäsium-137 mit der Nahrung entspricht einer Belastung von etwa 1 Millisievert bei Erwachsenen. Das Bundesamt für Strahlenschutz rechnet vor, dass der Verzehr von 200 Gramm Pilzen mit 3.000 Becquerel Cäsium-137 pro Kilogramm eine Belastung von 0,008 Millisievert zur Folge hat. Dies entspräche wiederum der Strahlenbelastung eines Flugs von Frankfurt nach Gran Canaria. Dennoch empfiehlt das BfS in den außergewöhnlich stark belasteten Gebieten im Bayerischen Wald, im Donaumoos, im Berchtesgadener Land und in der Region Mittelwald auf Pilze und Wildtierfleisch besser zu verzichten.

Die Nahrungsmittel des Waldes können übrigens wesentlich höher belastet sein als landwirtschaftliche Erzeugnisse. Der Grund ist die unterschiedliche Beschaffenheit der Böden, in denen sich das Radionuklid einlagert. Aber: Durch den radioaktiven Zerfall des Cäsiums wird die Radioaktivität in Pilzen und Wildtieren in den nächsten Jahren allmählich zurückgehen.

Bei Flugpersonal ist die jährliche Strahlenbelastung dagegen höher. Seit 2003 ermitteln Fluggesellschaften die Exposition rechnerisch. Demnach waren im Jahr 2018 rund 44.700 Beschäftigte beim Fliegen einer mittleren Jahresdosis von 2,1 Millisievert ausgesetzt. Aus solchen Beobachtungsdaten haben verschiedenen Studien errechnet, dass bei Flugpersonal ein höheres Krebsrisiko als bei der Durchschnittsbevölkerung vorliege. Diese Schlussfolgerung ist aber nicht unumstritten, denn Flugpersonal soll häufig einen ungesünderen Lebensstil haben – etwa durch Rauchen, unregelmäßige Schlafzeiten oder ungesunde Ernährung. Welcher dieser Faktoren zu einem erhöhten Krebsrisiko führen könnte – die Strahlenbelastung oder der Lebensstil – ist letztlich schwer herauszufinden.

Ursprünglich veröffentlicht: 22. Mai 2020

Wer verstehen will, wieso – voilà:
Schon im antiken Griechenland überlegten Naturphilosophen, wie oft man ein Objekt teilen kann, bis es unteilbar ist. Sie gingen davon aus, dass es kleinste, nicht mehr teilbare Teilchen geben müsste – und nannten sie Atome. Der Name kommt vom altgriechischen átomos, was “unteilbar“ bedeutet. Nach dieser Vorstellung sind die Atome die Grundbausteine, aus denen die uns bekannte Materie besteht. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war dies Stand der Wissenschaft. Das Atom war das Elementarteilchen, kleiner ging nichts.

Und es geht doch kleiner

Das änderte sich erst 1919, als der Physiker Ernest Rutherford in seinen Experimenten herausfand, dass das Atom doch weiter teilbar ist und aus zwei Arten von Teilchen bestehen muss. Und zwar aus dem damals schon bekannten Elektron und einem neuen Teilchen, dem Proton. Es wurde, wie damals üblich, wieder nach einem altgriechischen Wort benannt: to prōton “Das Erste“. Dabei bilden Protonen den Atomkern und Elektronen die Hülle des Atoms. Bis Anfang der 30er-Jahre blieben Protonen und Elektronen die kleinsten bekannten Teilchen.

Das sollte nicht lange so bleiben

Denn die Physik war Anfang des 20. Jahrhunderts nach der Entdeckung der Radioaktivität, der Relativitätstheorie und mit der beginnenden Quantenphysik völlig in Aufruhr. Das alte Weltbild war ins Wanken geraten – und die Physiker  und Physikerinnen erfanden neue Methoden, um das Allerkleinste zu untersuchen.

1932 entdeckten Walther Bohte und sein Student Herbert Becker das Neutron – den zweiten Baustein von Atomkernen. Sie schossen Protonen auf Beryllium, um so das Element Bor zu erzeugen, doch zu ihrem Erstaunen entstand Kohlenstoff. Nicht nur das war verblüffend – zusätzlich wurde eine sehr energiereiche Strahlung freigesetzt.

Sie hatten die Neutronenstrahlung entdeckt, frei fliegende Neutronen. Die sind heutzutage für die Kernspaltung in Atomreaktoren wichtig, denn sie halten die nukleare Kettenreaktion in Gang. Während Protonen elektrisch positiv geladen sind, sind Neutronen elektrisch neutral. Die Protonen im Atomkern hatten also Zuwachs bekommen – die Elektronen in der Atomhülle blieben aber trotz aller Anstrengungen unteilbar.

Die nächste Entdeckung: das Antiteilchen

Im Jahr 1932 entdeckte Carl David Anderson das erste Antiteilchen. Jedes Elementarteilchen existiert in seiner “normalen“ Form – und als sein Antiteilchen. Masse und Lebensdauer beider Teilchen sind gleich, ihre elektrische Ladung ist jedoch genau entgegengesetzt. Anderson entdeckte ein Teilchen, das sich genau so wie das Elektron verhielt. Nur war es nicht negativ geladen, sondern positiv. Dieses Anti-Elektron nannte er Positron.

Anderson machte aber noch weitere Entdeckungen. Er fand ein weiteres Teilchen, das dem Elektron sehr ähnlich war, es war nur viel schwerer und kurzlebiger. Er nannte es Myon. Das Myon gehört wie das Elektron zur Gruppe der Leptonen. Später wurde noch ein drittes Lepton gefunden, das Tau-Lepton.

In den folgenden Jahrzehnten wurden weitere Teilchen entdeckt. Sogar Teilchen, die scheinbar keine Masse oder Ladungen hatten. So wurde im Jahr 1955 ein Teilchen entdeckt, das nur deshalb auffiel, weil bei seiner Entstehung ein Elektron scheinbar aus der Flugbahn geschubst wurde. Es reagierte weder auf Magnetfelder noch auf elektrische Felder. Dieses Teilchen war so neutral und klein, dass es Neutrino genannt wurde. In der Welt der Physik kam Goldgräberstimmung auf, die Experimente wurden größer, genauer – und so entdeckten die Physiker immer mehr Elementarteilchen.

Elementarteilchen-Chaos: Ordnung musste her

Anfang der 60er-Jahre versuchten die Physiker Ordnung in das Durcheinander der verschiedenen Elementarteilchen zu bringen, – indem man sie nach Ähnlichkeit sortierte Dafür gab es mehrere Vorschläge. Die wissenschaftliche Welt einigte sich schließlich auf diese Einteilung:

• Hadronen (altgriechisch hadrós für “dick, stark“).
  Heute weiß man: Hadronen sind Teilchen, die aus mindestens zwei Quarks oder Antiquarks bestehen – dazu gleich mehr. Proton und Neutron sind stabile Hadronen, die jeweils aus drei Quarks zusammengesetzt sind. Aus ihnen besteht die uns bekannte Materie. Andere Hadronen, wie Pionen oder Kaonen, sind aus einem Quark und einem Antiquark zusammengesetzt. Diese Hadronen haben jedoch nur eine kurze Lebenszeit.
• Leptonen (altgriechisch leptós für “dünn, klein, fein“)
  darunter fallen die Elektronen und Myonen und Tauonen sowie deren Neutrinos.
• Bosonen
  Wechselwirkungsteilchen, die für die Kraftübertragung zwischen den Hadronen und Leptonen zuständig sind. Sie wurden später nach dem indischen Physiker Satyendranath Bose benannt.

Lange war das Quark-Modell, das sechs verschiedene Quarks voraussagte, nur theoretischer Natur. Das erste Quark, das experimentell gefunden wurde, war das Bottom-Quark – das letzte, das Top-Quark, fand man erst 20 Jahre später, im Jahr 1995. Und das hatte eine überraschend hohe Masse: Das Top-Quark ist fast so schwer wie ein Goldatom.

Um Quarks näher zu beschreiben, mussten neue Maßeinheiten in der Physik etabliert werden. Dem Zeitgeist der 70er geschuldet wurden die verschiedenen Quarks nicht nach altgriechischen Wörtern benannt, sondern nach elektrischer Ladung, Farben (Color) und Geschmack (Flavour) unterteilt. Der Physiknobelpreisträger Richard Feynman war darüber nicht begeistert:

“Diese Physiker-Idioten, unfähig sich irgendwelche wundervollen griechischen Wörter auszudenken, bezeichnen diese Art der Polarisation mit dem unglücklichen Begriff ‚Farbe,‘ [sic!] der nichts mit der Farbe im üblichen Sinn zu tun hat.”

Und damit sind wir wieder am Anfang

Kleiner als Quarks, Leptonen und Bosonen geht’s nicht. Sie sind nach aktuellem Wissensstand unteilbar – und damit für die moderne Teilchenphysik die Elementarteilchen.

Eine Untergliederung aber kommt noch: Die sechs Quarks, die wir heute kennen, können in drei Paare gegliedert werden:

• Up und Down
• Strange und Charme
• Top und Bottom

Aus ihnen können alle uns bekannten Hadronen zusammengebaut werden. Dabei zeigt sich, dass die Kombination von drei Quarks die stabilsten Teilchen ergibt. Auch aus mehr oder weniger Quarks entstehen Teilchen, aber diese zerfallen nach kurzer Zeit wieder.

Die Bestandteile der Atomkerne der uns bekannten Materie, also die, aus der wir und die Welt um uns herum bestehen, wird jedoch nur aus zwei dieser Quarks gebildet. Die Protonen und Neutronen im Atomkern unserer Atome bestehen aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark (Protonen) oder einem Up- und zwei Down-Quarks (Neutronen).

Für ein beliebiges Atom im Periodensystem der Elemente benötigt es also nur vier Arten von Elementarteilchen:

• Up-Quark
• Down-Quark
• Elektron
• Bosonen

Jedes chemische Element lässt sich aus diesen vier Bausteinen der Teilchenphysik zusammenkleben.

Wir können zum Beispiel einen Text wie diesen hier über das Internet lesbar machen, weil wir das Elektron sehr gut verstanden haben. Also jenes Lepton, das um Atomkerne kreist und sich mit magnetischen und elektrischen Feldern beeinflussen lässt.

Es kann sich in einem Computer durch die Atomgitter des Kupferdrahts bewegen und dann in Lichtteilchen, die Photonen, die zu den Bosonen gehören, umgewandelt werden – um entweder per Glasfaser oder per Funkwelle Informationen auf einen anderen Computer zu übertragen. Wüssten wir nichts über Elementarteilchen, wäre unsere heutige Technik nicht vorstellbar.

Erst kürzlich gab es wieder Zuwachs: ein Tetraquark

Ein anderes Beispiel: Der Grund, warum ein Stuhl ein Stuhl bleibt und nicht in seine atomaren Bestandteile zerfällt, sind elektromagnetische Wechselwirkungen. Und die werden mit speziellen Elementarteilchen übertragen, den W- und Z-Bosonen.

Heute können wir sogar den Traum der Alchemisten wahr werden lassen und Blei in Gold umwandeln. Für Teilchenphysiker ist das ein leichtes Spiel: Sie müssen nur Teilchen mit der richtigen Energie auf Blei-Atomkerne schießen, um drei Protonen aus ihnen heraus zu trennen. Dann werden sie zu den Atomkernen eines Goldatoms. Leider rentiert sich das Verfahren aus Kostengründen nicht.

Und: Um neue Technologien zu entwickeln, die wir uns heute noch nicht einmal vorstellen können, ist Grundlagenforschung wie etwa die zu Elementarteilchen entscheidend. Und es gibt noch viele Teilchen zu entdecken: Erst im Juli 2020 wurde das Tetraquark entdeckt, ein bis dahin nur theoretisches Teilchen.

Man kann das grob damit vergleichen, als würde man sich fragen, aus welchen Einzelteilen ein bestimmter Pkw aufgebaut ist, hat aber dummerweise keine Werkzeuge, um ihn auseinanderzuschrauben. Die Lösung: Man lässt ein Auto mit möglichst hoher Geschwindigkeit auf ein festes Ziel oder frontal gegen ein anderes Auto prallen. Und versucht dann, aus den Trümmern abzulesen, aus welchen Teilen der Wagen aufgebaut ist.

Crashversuche in der Teilchenphysik

Genau solche Versuche machen Physiker, nur eben mit Teilchen. Wie bei einem Crashversuch ist vorher genau bekannt, wo der Zusammenprall stattfinden wird. An der zukünftigen “Unfallstelle” baut man ein Messgerät auf, den Detektor.

Je nachdem, welche Art von Teilchen gemessen werden soll, sind dies hochempfindliche Kameras für Lichtblitze oder feine Gewebe aus Drähten, um elektrisch geladene Teilchen zu finden.

Je stärker die Energie beim Aufprall der Teilchen, desto feinere Bruchstücke entstehen. Wie diese Bruchstücke sich bewegen, auf welchen Kurven sie fliegen und von welchen anderen herumfliegenden “Trümmerstücken” sie abhängig sind, untersuchen die Physiker genau und ziehen daraus Schlüsse auf die Art der gemessenen Teilchen.

Mal bewegen sich beide Teilchen, mal nur eins

Es gibt unterschiedliche Arten von Detektoren: solche, bei denen Teilchen auf ein festes Ziel geschossen werden (zum Beispiel bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt), oder solche, bei denen Teilchen in kilometerlangen Magnetringen so lange beschleunigt werden, bis sie schließlich aufeinanderprallen. Das ist etwa am Large Hadron Collider (LHC) am CERN bei Genf der Fall. Nachdem dieser vergrößert wurde und die Teilchen auf noch höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden konnten, wurde dort 2012 das Higgs-Teilchen entdeckt.

Ein ganz anderer Weg: Die Erde nutzen …

… als Teil eines Detektionsexperiments: Wenn zum Beispiel kosmische Strahlung auf unsere Atmosphäre trifft, erzeugt sie beim Zusammenprall mit den Teilchen in der Luft ganze Schauer aus neuen Teilchen, die dann am Boden gemessen werden können. Oder man nutzt die Erde als Schutzschild gegen schon bekannte Teilchen, indem man Detektoren tief im Boden in alten Bergwerken aufbaut. Nur Teilchen wie etwa Neutrinos, die man sonst fast nicht messen kann, weil sie kaum mit der bekannten Materie interagieren, können dann bis zum Detektor durchdringen.

Tetraquarks, neue Teilchen aus dem Nichts

Krachen zwei Teilchen aufeinander, entsteht reine Energie, ein Lichtblitz. Aus diesen Photonen können dann je nach Menge der Energie noch unbekannte Teilchen entstehen. Das war der Fall beim Nachweis des Higgs-Teilchens 2012 oder ganz aktuell im Juli 2020, als am CERN ein Teilchen entdeckt wurde, das bisher nur theoretisch bekannt war: das  Tetraquark.

Ein Tetraquark besteht aus zwei Charm-Quarks und deren Antiteilchen, den Anti-Charm-Quarks. Normalerweise würden sich Teilchen und Antiteilchen gegenseitig auslöschen, die Physik spricht von Annihilation. Doch für eine kurze Zeitspanne bleibt das Tetraquark erhalten und kann erforscht werden.

Gerade Teilchen, die aus dem scheinbaren Nichts eines Lichtblitzes entstehen, faszinieren die Forschenden. Denn sie hoffen, bei solchen Ereignissen auch neue Teilchen zu entdecken, die von der aktuellen Theorie noch nicht vorhergesagt wurden.

Autor: Sebastian Funk

Laut dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) bezeichnen sich knapp zwei Prozent der deutschen Bevölkerung als elektrosensibel. Als Krankheit wird die Hypersensibilität nicht eingestuft – denn laut BfS und der Weltgesundheitsorganisation (WHO) konnte bislang nicht nachgewiesen werden, dass tatsächlich elektromagnetische Strahlung die Ursache für die Beschwerden ist.

„Nach den vorliegenden Ergebnissen […] kann das Phänomen der ‚elektromagnetischen Hypersensibilität‘ nicht auf eine nachweisbare, biologisch begründete Empfindlichkeit gegenüber alltagsüblichen elektromagnetischen Feldern, die mit vergleichsweise nur sehr geringen Intensitäten weit unterhalb der empfohlenen Grenzwerte auftreten, zurückgeführt werden“.

Unter den Forschenden gibt es allerdings auch Kritik an den bisherigen Methoden: Die kanadischen Wissenschaftler Stephen J. Genius und Christopher T. Lipp beispielsweise forderten 2011, dass bei Untersuchungen nicht nur eine Frequenz verwendet werden dürfe, da elektrosensible Personen auf unterschiedliche Frequenzen reagieren könnten.

Bislang kommen nur wenige als valide eingestufte Studien zu dem Ergebnis, dass elektromagnetische Strahlen die Ursache für die Symptome der Betroffenen sind.

Die meisten radioaktiven Stoffe wie Jod haben nur eine geringe Halbwertszeit, sie sind mittlerweile zerfallen. Anders als Cäsium-137. Es hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Das heißt, noch befindet sich etwa die Hälfte der ursprünglich abgeregneten Menge im Boden.