Oder warum zeigt diese blöde Waage schon wieder viel zu viel an 😉

Seit die Forscher zu Beginn des 20. Jahrhunderts anfingen, in die Tiefen des Seins einzutauchen, in das, was uns im Innersten zusammenhĂ€lt, wurden sie immer wieder ĂŒberrascht.

Als Rutherford mit Alpha-Teilchen eine hauchdĂŒnne Goldfolie beschoss, war vor allem eins ĂŒberraschend. In vielen FĂ€llen flogen die Teilchen unbeeindruckt einfach durch die Folie durch, so als ob da gar nichts zwischen Schirm und Strahlenkanone wĂ€re. Unsere Materie besteht vor allem aus Nichts.

Aber es gab noch viel mehr Überraschungen. Schnell stellte sich heraus, dass das Atom trotz seines Namens – auf altgriechisch heißt atomos unteilbare Materie – sehr wohl teilbar ist. Teilchenbeschleuniger erlaubten es, Atome zu zertrĂŒmmern und sogar neue Teilchen aus Energie zu Erzeugung. E=mc2 nicht wahr? Materie ist im Grunde nichts anderes als konzentrierte Energie.

Dann ging es Schlag auf Schlag: Elektronen, Neutronen, Protonen und Neutronen wurden als Einzelteile der Atome identifiziert. So weit so gut, aber dann stellte sich heraus, dass je tiefer man in die Materie eintauchte, immer mehr Teilchen auftauchten und zwar mehr als eigentlich gebraucht wurden, um die Materie um uns herum zu erklÀren. Zum Elektron gesellte sich auf einmal ein schwerer Zwillingsbruder. Mit allen Eigenschaften des Elektrons aber mit einer 200fach höheren Masse und noch dazu extrem kurzlebig: Das Myon. Dann gibt es das ganze noch einmal gespiegelt. Zu jedem Teilchen gibt es ein Anti-Teilchen. Sieht genauso aus, ist genauso schwer, aber die Ladung ist genau verkehrt herum.

“Wer hat das alles bestellt!” sollen Physiker frustriert ausgerufen haben, als sie dieser ungewollten Bescherung Gewahr wurden.

Es war paradox. Anstatt dass die Welt einfacher wurde, je weiter man ins Innere blickte, wurde sie immer komplizierter. Und es stellte sich die Frage nach dem “Warum”. Warum bringt die Natur Teilchen hervor, die viel zu kurz leben, um damit etwas “VernĂŒnftiges” anzustellen? Z.B. einen Stuhl zusammenzusetzen? Das allermeiste, was in den modernen Teilchenbeschleunigern erzeugt wird, ist tatsĂ€chlich so instabil, dass es innerhalb von wenigen Sekundenbruchteilen wieder zerfĂ€llt. Man muss regelrechte Detektivarbeit betreiben, um herauszufinden, was da eigentlich entstanden ist.

Mitte der 50er Jahre war daher die Verwirrung groß. Da gab es auf einmal Neutrinos, Pionen, Myonen, Antimaterie und Pionen und und und.

Man brauchte Ordnung in diesem Chaos. Nach und nach wurde das Standardmodell der Teilchenphysik geboren. Dieses wies den bereits entdeckten Teilchen nicht nur einen Platz zu und erklĂ€rte, dass es Teilchen gibt, welche Materie aufbauen und Teilchen, welche KrĂ€fte ĂŒbertragen; wie jede gute wissenschaftliche Theorie bewĂ€hrte sich das Standardmodell durch Vorhersagen, die hinterher durch Experimente bestĂ€tigt wurden.

1964: Murray Gell-Mann und George Zweig sagten aufgrund theoretischer Überlegung die Existenz und die Eigenschaften von Quarks vorher, welche dann auch prompt nachgewiesen wurden. DafĂŒr gab es 1969 den Physik-Nobelpreis.

1967 veeinigten Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam und Steven Weinberg die schwache Kern-Wechselwirkung mit dem Elektromagnetismus und sagten aufgrund dessen die Existenz und die Eigenschaften weiterer Teilchen hervor: Die W- und Z-Teilchen. Auch diese wurden gefunden. DafĂŒr gab es dann 1979 den Physik-Nobelpreis.

Das Standard-Modell der Teilchenphysik hat also nicht nur Ordnung geschaffen, jede einzelne Vorhersage wurde auch hinterher experimentell bestÀtigt. Es scheint also die Welt des Allerkleinsten ziemlich gut zu beschreiben:
Wir können erklĂ€ren, warum Atome stabil sind und Elektronen nicht zerstrahlen, woher die einzelnen KrĂ€fte kommen und warum sie unterschiedlich stark wirken und unterschiedlich weit reichen, aber das Standardmodell hat gleichzeitig ein schwerwiegendes Manko: Es fehlt die Gravitation und es fehlt vor allem an Masse. Das Standardmodell kann zunĂ€chst nicht erklĂ€ren, warum meine Waage schon wieder ein Kilo mehr anzeigt 😉

Im Reich der Elementarteilchen ist das zunÀchst gar nicht mal so schlimm. Bei der Interaktion winziger Teilchen spielt die Gravitation so gut wie keine Rolle. Aber mal unter uns gesagt: Das ist doch schon etwas unbefriedigend, eine der GrundkrÀfte einfach unter den Tisch fallen zu lassen, weil es eben nicht so wichtig ist. Und Physiker geben sich mit so einer Mauschelei schon mal gar nicht zufrieden.

Hier kommt jetzt das berĂŒhmt-berĂŒchtigte Higgs-Boson (1) bzw. genauer gesagt das Higgs-Feld ins Spiel. Dieses Feld bringt durch einen Kniff Masse rein. Es sollte mit den Elementarteilchen interagieren und diese in ihrer VorwĂ€rtsbewegung hemmen. Je nach Teilchen mal mehr und mal weniger. ( Hier gibt es eine Veranschaulichung.) Es kommt TrĂ€gheit ins Spiel und TrĂ€gheit ist nichts anderes,als ein anderes Wort fĂŒr Masse. Da es zu jedem Feld nach dem Standardmodell auch ein dazugehöriges Teilchen geben muss, folgt daraus, dass wenn es ein solches TrĂ€gheitsfeld gibt, es auch ein TrĂ€gheitsteilchen geben muss und dass das relativ schwer sein muss. Es ist das letzte Puzzleteilchen im Erfolgsmodell Standardmodell der Elementarteilchenphysik und warum sollte ausgerechnet dieses Puzzleteilchen nicht existieren, wo doch die angrenzenden Puzzleteilchen alle darauf hindeuten, dass es da sein muss.

Bis auf seine genaue Masse sind sogar alle Eigenschaften ziemlich gut bekannt. Es darf keine elektrische Ladung haben, es sollte den Spinzustand 0 haben und sollte zwischen 117 bis 157 Gigaelektronenvolt schwer sein. Seit 1964 also seit nunmehr 44 Jahren ahnen Teilchenphysiker weltweit, dass da etwas sein muss. Aber jetzt erst rĂŒckt das Higgs-Boson in Reichweite. Vor einigen Jahren hofften die Forscher am Tevatron in Chicago, den Preis fĂŒr die Entdeckung zu bekommen. Aber schon damals war klar, dass der amerikanische Teilchenbeschleuniger vermutlich zu schwach auf der Brust sein wĂŒrde.

Jetzt ist die Zeit des neuen Experimentes LHC am CERN gekommen. Und wenn das nichts findet, dann weiß ich es auch nicht 😉

Jetzt könnte man sagen: Was soll der Driss? MĂŒsst Ihr unbedingt alles wissen wollen?

Ja, wir mĂŒssen, wir wollen es wissen.

Es ist eine Sache indirekt darauf zu schließen, dass da etwas sein muss, das Materie schwer macht. Aber um wie viel befriedigender ist es, wenn ich direkt mit dem Finger drauf zeigen und sagen könnte: Da ist der ÜbeltĂ€ter. Der verschiebt immer den Zeiger meiner Waage nach oben 😉 (2)

Letztendlich geht es um die fundamentale Frage: Warum ist die Welt so wie sie ist und nicht ganz anders? Und es geht darum, das Staunen nicht zu verlernen, dass die Welt so ein seltsamer Ort ist und uns zum Beispiel ungefragt einen Teilchenzoo beschert, indem man erst mit neuer Mathematik Ordnung schaffen kann.

Außerdem hoffe ich sehr, dass sich uns noch mehr Überraschungen erschließen. Was wĂ€re die Welt ohne Überraschungen?

Langweilig!

Nachtrag:
Ich hab die Welt der Teilchenphysik hier nur grob umrissen, um einen gewissen Überblick zu geben. Wie gut, dass ich da eine ganz hervorragende deutsche Internetseite kenne, auf der man so richtig eintauchen kann, wenn man die Lust dazu verspĂŒrt:
DESYs KworkQuark.
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Ähnliche Artikel zum Thema: Die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest.
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(1) Warum eigentlich so ein bescheuerter Name? Ganz einfach. Der Herr, der das Ganze abgeleitet und vorgeschlagen hat, heißt so: Peter Higgs. Und der kriegt dann auch den Nobelpreis, wenn das LHC tatsĂ€chlich das gesuchte Teilchen finden sollte.

“My Life as a Boson” Vorlesung von Peter Higgs. Humor hat er ja 😉
(2) Ok, ok. In Wahrheit ist es meine Vorliebe fĂŒr SĂŒĂŸes und der Mangel an Bewegung, aber Higgs-Boson klingt irgendwie besser.

Kommentare (8)

  1. #1 Fischer
    August 8, 2008

    *Das Standardmodell kann zunÀchst nicht erklÀren, warum meine Waage schon wieder ein Kilo mehr anzeigt ;-)*
    Also bei mir korreliert sowas oft mit einem mysteriösen Massendefekt bei der Schokolade…

    Was das Higgs-Boson angeht, bin ich ehrlich gesagt ein bisschen zurĂŒckhaltend mit meinen Erwartungen. Selbst wenn man es findet, löst das ja nicht die Probleme des Standardmodells insgesamt.

  2. #2 Stefan
    August 8, 2008

    Nachdem ich im Feedreader den Titel und die erste Zeile las, dachte ich mir: Das Problem hab ich jeden Morgen im Bad auch immer… 😉

  3. #3 Ludmila Carone
    August 8, 2008

    @Fischer: Selbst wenn man es findet, löst das ja nicht die Probleme des Standardmodells insgesamt. Nein, das tut es natĂŒrlich nicht. Aber es rundet die Sache ab. Es ist halt blöd, wenn man ein tausendteiliges Puzzle zusammensetzt und jetzt bald 44 Jahre nach dem letzten Teil sucht, das zumindest diesen Abschnitt der Teilchenphysik komplett machen wĂŒrde. Es ist halt irgendwo lĂ€stig, dass da irgendetwas fehlt.

    Dass es darĂŒber hinaus, noch mehr geben muss, wissen die Teilchenphysiker und darum geht es beim LHC ja auch. Es ist kein Widerspruch eine alte ErklĂ€rung abzuschließen und gleichzeitig die neue zu suchen, welche die alte unvollstĂ€ndige ErklĂ€rung noch mal erweitert. Beides ist möglich und beides wird getan.

  4. #4 florian
    August 8, 2008

    Die Sache mit dem Higgs-Feld hab ich mittlerweile einigermassen verstanden. Aber ich probier schon seit langem die Sache mit der Supersymmetrie zu verstehen (bzw. generell die Symmetriebrechung in der Teilchenphysik). Weisst du da vielleicht mehr?

  5. #5 Ludmila Carone
    August 8, 2008

    @Florian:
    FĂŒr die Sache mit den Symmetrien bitte hier lang:
    http://kworkquark.desy.de/kennenlernen/modul.symmetrien/2/index.html

  6. #6 Flash
    August 13, 2008

    Da hier gerade das CERN und der LHC erwĂ€hnt wird: ich habe in einer Firma gearbeitet, die ĂŒber 6 Jahre hinweg die Segmente fĂŒr die Röhre produzierte. Wer Bilder davon sehen möchte, schaut mal diesen Beitrag an.

    Vielleicht entdeckt man ja mit dem LHC ein oder zwei UnregelmĂ€ĂŸigkeiten, die dann mit 5 oder 10 neuen Teilchen erklĂ€rt werden mĂŒssen…(will sagen: dieser Scheiß ist Geldverschwndung…). *gg*

  7. #7 dood
    Oktober 7, 2008

    meine rede!

  8. #8 Moss
    Januar 9, 2011

    Wer Bilder davon sehen möchte, schaut mal diesen Beitrag an.

    Der Link liefert 404.

    will sagen: dieser Scheiß ist Geldverschwndung…

    Unfug – Wissensgewinn ist nie Geldverschwendung; und so lange wir es uns leisten, hunderte Milliarden € in militĂ€rischen Irrsinn und in die Sicherung von Bankerboni und Börsenspielcasinobetrieb zu stecken, ist es schlichtweg Nonsens, wegen in Grundlagenforschung angelegter Gelder im noch nicht mal einstelligen Milliarden-€-Bereich per Jahr auch nur den Mund aufzumachen (will sagen: Dein Kommentar war Zeitverschwendung.)