Die Entdeckung des Higgs-Teilchens: Oder wie das Universum seine Masse bekam (German Edition)

Eigenschaften niemals isoliert betrachten können. Der Grund dafür ist nicht weniger wunderlich. Normalerweise gilt: Je weiter zwei Objekte voneinander entfernt sind, desto weniger haben sie miteinander zu tun. Bei den Quarks ist es genau umgekehrt. Je weiter sie sich voneinander entfernen, desto stärker ziehen sie sich an. Versucht man also zwei Quarks voneinander zu trennen, so werden die Wechselwirkungen zwischen ihnen so gigantisch, dass aus dieser Energie heraus zwei neue Quarks geboren werden. Aus einem Quarkpaar entstehen damit zwei.
    Seltsame Theorien sind der Normalfall
    Man fragt sich an dieser Stelle zu Recht, wie man auf eine solche Idee kommt, dass die kleinsten beobachtbaren Teilchen in Wirklichkeit aus noch kleineren, nicht beobachtbaren Teilchen bestehen sollen, die ganz seltsame Eigenschaften haben, welche wir niemals zu Gesicht bekommen werden, weil sich diese kleinen Teilchen aus komplizierten Gründen immer gerade so anordnen, dass ihre Besonderheiten verborgen bleiben. Als Physiker kann man hier nur versuchen, beschwichtigend zu wirken: Zahllose Experimente und die Widerspruchsfreiheit des physikalischen Weltbildes erforderten es im Laufe der Wissenschaftsgeschichte, noch viel verrücktere Dinge zu postulieren. Man denke nur daran, dass es heutzutage bereits zur Standardfolklore gehört anzunehmen, dass der Raum zwischen allen Dingen im Universum permanent wächst und sich deswegen so gut wie alle Galaxien von unserer eigenen wegbewegen. Oder man nehme unsere Sonne: Dass sie so hell und schön scheint, erklärt sich die Physik damit, dass die Wasserstoffkerne, die in ihr verschmelzen, in Wirklichkeit nicht nur kleine Kügelchen sind, sondern auch Wasserwellen gleichen. Ein Wasserstoffkern ist beides: der Stein, den man ins Wasser wirft, und die kreisförmige Welle, die daraufhin im Wasser entsteht und sich nach allen Seiten hin ausbreitet. Es kommt noch eine neue Eigenschaft hinzu: Eine Welle auf der Ebene der Quantenobjekte besitzt die Fähigkeit, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit jede Barriere zu durchdringen, so als würde es einen Tunnel geben, der sich gelegentlich für sie öffnet. Dieser Sachverhalt ist als »Tunneleffekt« bekannt und die unumgängliche Voraussetzung dafür, allein schon so etwas Alltägliches wie unsere Sonne zu erklären. Vor diesem Hintergrund fällt es vielleicht auch dem skeptischen Leser leichter, die Seltsamkeit der Quark-Theorie und dessen, was noch folgt, zu akzeptieren. Setzen wir unsere Ausführungen also fort.
    So wie Leptonen treten Quarks rätselhafterweise in drei Generationen auf. Das Up-Quark hat die viel massereicheren Verwandten mit den Namen Charm- und Top-Quark (»c« und »t« in Abbildung 3). Alle drei tragen elektrische Ladungen von + 2 ∕ 3 e. Das Down-Quark ist mit dem Strange- (»s«) und dem Beauty-Quark (auch Bottom-Quark genannt) (»b«) verwandt. Ihre elektrische Ladung beträgt – 1 ∕ 3 e.
    In Wirklichkeit sind es mehr …
    Bevor wir uns der Rolle der restlichen Teilchen des Standardmodells widmen, insbesondere derjenigen des Higgs-Teilchens, ist es Zeit, eine Zwischenbilanz zu ziehen und zu resümieren, wie viele Elementarteilchen es gibt. Abbildung 3 ist in Wirklichkeit unvollständig, sie muss erweitert werden, um auch die Existenz von Antimaterie zu erfassen. Da Antimaterie eine Art Spiegelbild gewöhnlicher Materie darstellt, gibt es zu jedem Quark und jedem Lepton ein Spiegelteilchen. Neben den insgesamt zwölf Quarks und Leptonen finden sich also genauso viele Antiquarks und Antileptonen, was eine Zahl von 24 Teilchen ergibt. Wir haben jedoch etwas vergessen: Weil jedes Quark drei verschiedene Farben oder Antifarben haben kann, erhöht sich die zuvor berechnete Zahl auf 48 Quarks und Leptonen. Hinzu kommen die bisher nicht besprochenen Teilchen des Standardmodells: » γ «, »g«, »z« und »w«, die insgesamt mit zwölf zu Buche schlagen. Das liegt daran, dass diese Austauschteilchen mit verschiedenen Ladungen und Farbkonfigurationen auftreten. Die Krönung, aber nicht das Schlusslicht der Auflistung, bildet das Higgs-Teilchen, von dem mindestens eines da sein sollte. Daraus ergibt sich eine absurd hohe Anzahl von Elementarteilchen, nämlich mindestens 61!
    Als wäre das nicht genug, müssen wir noch weitere Teilchen voraussetzen, von denen wir noch nichts wissen. Aus ihnen setzt sich die Dunkle Materie zusammen. Wir glauben das deshalb, weil die bekannte Materie in unserem Universum sich so verhält – das sieht man