Teilchenphysik Weltbild-Revolution im Supertunnel

2. Teil: Auf der Suche nach den Gott-Teilchen


Das Profil des Physikers hat sich in den letzten hundert Jahren sehr gewandelt. War es im 19. Jahrhundert noch möglich und sogar üblich, sowohl in experimentellen als auch in theoretischen Feldern der Physik wesentliche Beiträge zu leisten, so hat sich in den letzten Jahrzehnten in der Teilchenphysik eine immer stärkere Aufgabenteilung ergeben. Die Entwicklung neuer physikalischer Modelle liegt heute fest in den Händen der theoretischen Physiker. Deren Richtschnur sind die Symmetrieprinzipien der Natur, ihr Werkzeug ist die Mathematik. Das Cern beschäftigt etwa 30 theoretische Physiker, dazu kommen über 100 Gastwissenschaftler von Universitäten in der ganzen Welt, darunter Kapazitäten auf dem Gebiet der Teilchenphysik und der Kosmologie. Eines ihrer wichtigsten Ziele ist die Ausarbeitung einer vereinigten Theorie der Elementarteilchen, auch Superstring-Theorie genannt.


Die Aufgabe der Experimentalphysiker ist, neue Experimente zu konzipieren und durchzuführen, um die Voraussagen der Theorie zu bestätigen oder zu falsifizieren. Die Komplexität der theoretischen und der experimentellen Fragestellungen hat sich aber derart erhöht, dass sich in beiden Sektoren ein zunehmender Trend zur kollektiven geistigen Entwicklungsarbeit eingestellt hat. Die Entwicklung der theoretischen Physik geht in den letzten Jahrzehnten über ein immer enger werdendes Netzwerk von miteinander kommunizierenden Wissenschaftlern in der ganzen Welt vor sich.

Die Zeiten einsamer Genies sind vorbei

Auch ein modernes Experiment in der Teilchenphysik erfordert heutzutage die jahrzehntelange Kollaboration von Hunderten oder gar Tausenden von Experimentalphysikern mit einer großen Bandbreite von spezifischen Kenntnissen. Nur auf diese Weise kann dieser Zweig der Wissenschaft noch Fortschritte machen. Man könnte von einer Gruppenintelligenz der Physiker-Kollaborationen sprechen, die weit über die des einzelnen Wissenschaftlers hinausgeht. Die Zeiten von einsamen Genies wie Newton oder Einstein, die im stillen Kämmerlein über Jahre hinweg eine Theorie ausarbeiteten, sind unweigerlich vorbei.

Eine der größten wissenschaftlichen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts war die Entdeckung, dass die große Vielfalt der Erscheinungen auf der Erde und im gesamten Universum auf einer kleinen Zahl elementarer Bausteine beruht, die unter dem Einfluss von vier fundamentalen Kräften stehen. Die mathematische Formulierung dieser Theorie wurde 1973 gefunden und wird heute als das "Standardmodell" bezeichnet. Es macht präzise Voraussagen über alle fundamentalen Reaktionen zwischen Elementarteilchen. Bisher wurden keine signifikanten Abweichungen zwischen Vorhersagen und Messungen gefunden, weshalb es von den Physikern als die Theorie der Teilchenphysik betrachtet wird. Viele wichtige Präzisionstests wurden am Cern mit dem Vorgänger des LHC-Beschleunigers, dem "Large Electron Positron Collider" – kurz LEP genannt – durchgeführt.

Greift Gott so permanent in die Schöpfung ein?

Aber es gibt noch eine klaffende Lücke im Standardmodell: Um die Theorie vor dem mathematischen Kollaps zu bewahren, wird ein Mechanismus benötigt, mit dem die Teilchen ihre jeweilige Masse erhalten. Dieser Mechanismus könnte durch das "Higgs-Feld" zustandekommen, das unser gesamtes Universum gleichmäßig erfüllt und durch eine neue Wechselwirkung mit Elementarteilchen eine Art "Reibung" mit dem Vakuum erzeugt, die sich als die Masse der Teilchen manifestiert. Ohne das Higgs-Feld wären alle Teilchen masselos und würden mit Lichtgeschwindigkeit durchs Universum sausen. Es gäbe keine Sterne, Planeten – und uns auch nicht.

Das Higgs-Teilchen ist das zum Higgs-Feld gehörende Feldteilchen und sollte, wenn die Theorie richtig ist, in den Kollisionen am LHC produziert werden. Es wird von Journalisten gerne als das "Gott-Teilchen" bezeichnet. Greift Gott so permanent in die Schöpfung ein? Wohl kaum. Aber das Higgs-Feld hat doch eine Sonderrolle im Universum. Angenommen, man wollte einen Batzen Energie in neue Teilchen umwandeln. Dafür gibt es feste Regeln, da in der Natur nur bestimmte Teilchen mit exakt definierten Eigenschaften existieren.

Beispielsweise muss ein Elektron hier auf der Erde exakt die gleiche Masse haben wie alle anderen Elektronen im Universum. Woher aber "weiß" das ein neuproduziertes Elementarteilchen? Die Antwort ist: vom Higgs-Feld. Und dieses Feld bestimmt auch die Masse der anderen Teilchen und die Masse der Feldquanten der schwachen Wechselwirkung. Diese wiederum birgt den Schlüssel zum Verständnis der Evolution der Materie. Das Higgs-Feld beeinflusst viele zentrale Geschehnisse im atomaren Bereich, die enorme Auswirkungen auf die Möglichkeit der Entstehung von Leben im Universum haben.

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