Der erste Vorschlag um dieses Problem zu lösen, ist die “Supersymmetrie”. Von Symmetrien haben wir ja schon im Kapitel über Schönheit und Wissenschaft gehört und sie sind in der Physik tatsächlich enorm wichtig. Bei der Supersymmetrie geht es um den Unterschied zwischen “Fermionen” und “Bosonen”, den zwei fundamental unterschiedlichen Arten von Teilchen. Simpel gesagt sind die einen die Teilchen aus denen die Materie besteht und die anderen die Teilchen, die die Kräfte vermitteln. Die Supersymmetrie besagt nun, dass jedes Fermion ein bosonisches Partnerteilchen hat und umgekehrt (ein bisschen so, wie auch jedes Teilchen ein Antiteilchen als Partner hat). Bei einer idealen Supersymmetrie wären die Massen von Teilchen und Symmetriepartner exakt gleich groß. Dann würde auch der Einfluss der ganzen virtuellen Teilchen die ständig irgendwo entstehen und vergehen durch den Einfluss der supersymmetrischen Partner exakt ausgeglichen werden und die Probleme bei der quantenmechanischen Berechnung der Teilchenmassen verschwinden. Aber die supersymmetrischen Teilchen können nicht genau gleich schwer sein, denn sonst hätten wir sie schon entdeckt. Sie müssen schwerer sein, dürfen aber auch nicht zu schwer sein, denn sonst klappt die Sache mit dem Ausgleich des Einflusses der virtuellen Teilchen nicht mehr und das Hierarchieproblem bleibt weiter ungelöst.
Die Supersymmetrie war bzw. ist neben der Suche nach dem Higgs die zweite große Aufgabe des LHC. Sehr viele Wissenschaftler waren überzeugt, dass es die Supersymmetrie geben muss und das der LHC sie finden wird. Bis jetzt ist das allerdings nicht passiert und wenn sich noch länger nichts tut, dann wird es kritisch, da man dann genau in den Bereich kommt, wo die Teilchen zu schwer sind, um als vernünftige Erklärung dienen zu können. Leichte supersymmetrische Teilchen hätte der LHC eigentlich schon finden müssen aber bis jetzt hat man nichts gesehen, was auf ihre Existenz hinweist. Ich finde die Supersymmetrie ja nicht nur an sich interessant, sondern auch, weil sie eine Erklärung für die Natur der dunklen Materie bieten könnte. Ein leichtes, stabiles supersymmetrisches Teilchen hätte genau die Eigenschaften, die auch dunkle Materie haben sollte und es wäre cool, wenn man so ein Teilchen am LHC finden könnte. Ich finde es ein wenig schade, dass Randall auf diesen Aspekt der Supersymmetrie nicht eingegangen ist…
Das zweite Modell das Randall erwähnt ist “Technicolor” und beschreibt im wesentlichen eine neue Kraft und sagt, dass Teilchen wie das Higgs nicht fundamental sind, sondern zusammengesetzt und von dieser neuen Kraft zusammengehalten werden. Auch darüber hätte ich gerne ein wenig mehr erfahren, selbst wenn dieses Modell durch Experimente schon größtenteils ausgeschlossen wurde.
Eine Technicolor-Kamera. Hat aber mit Teilchenphysik nix zu tun (Bild: CC-BY 2.0)
Am längsten beschäftigt sich Randall mit den Extradimensionen. In der Stringtheorie wird ja postuliert, dass der Raum nicht nur drei Dimensionen hat, sondern bis zu 10 und wenn sich die Gravitationskraft durch alle 10 Dimensionen ausbreitet, die anderen Kräfte aber nur in den drei, die wir sehen können, dann erklärt das, warum uns in unseren drei Dimensionen die Gravitation so schwach vorkommt. Ich finde diese Lösung ziemlich elegant, da sie sich direkt aus den Eigenschaften der Strings ableitet. Man weiß ja mittlerweile, dass man in der Stringtheorie nicht nur eindimensionale Strings sondern auch höherdimensionale “Branen” beschreiben kann. Unser Universum wäre dann zum Beispiel eine dreidimensionale Brane in einem höherdimensionalen Raum. Die Strings bewegen sich in der Brane und wenn es sich um offene Strings handelt, dann können sie die Brane nie verlassen. Sie hängen dann quasi wie Fäden an einem Flocatti-Teppich an ihr fest. Geschlossene Strings dagegen können die Brane auch verlassen und den ganzen “Überraum” durchqueren. Und da Gravitation durch geschlossene Strings beschrieben wird und der Rest der Kräfte durch offene Strings wäre so erklärt, warum die Gravitation so viel schwächer ist.
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