Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

starker Hinweis auf den zugrunde liegenden Aufbau der Wirklichkeit. Das Fehlen solcher Diskrepanzen gibt uns Auskunft über den Präzisionsgrad oder darüber, wie hoch die Energie sein muss, um etwas Neues zu finden – auch wenn wir die genaue Eigenart potentiell neuer Phänomene nicht kennen.
    Die wahre Lektion effektiver Theorien, die im Anfangskapitel eingeführt wurden, besteht darin, dass wir nur an dem Punkt die von uns untersuchten Dinge und ihre Grenzen völlig verstehen, an dem wir diese Theorien scheitern sehen. Effektive Theorien, die vorhandene Einschränkungen einschließen, kategorisieren nicht nur unsere Ideen auf einer bestimmten Skala, sondern liefern auch systematische Methoden für die Bestimmung dessen, wie groß neue Effekte bei einer bestimmten Energie sein können.
    Messungen der elektromagnetischen und schwachen Kräfte stimmen mit den Vorhersagen des Standardmodells mit einem Unsicherheitsgrad von 0,1 Prozent überein. Die Häufigkeit von Teilchenkollisionen, Massen, Zerfallsraten und andere Eigenschaften stimmen mit ihren vorhergesagten Werten mit diesem Grad von Präzision und Genauigkeit überein. Das Standardmodell lässt daher Raum für neue Entdeckungen, und neue physikalische Theorien können zwar Abweichungen ergeben, aber diese müssen klein genug sein, dass man sie bisher nicht feststellen konnte. Die Effekte jeglicher neuer Phänomene oder einer fundamentalen Theorie müssen zu klein gewesen sein, als dass sie schon festgestellt worden wären – entweder weil die Wechselwirkungen selbst klein sind oder weil die Effekte mit Teilchen verknüpft sind, die zu schwer sind, als dass sie bei den bereits erforschten Energien erzeugt werden könnten. Vorhandene Messungen sagen uns, wie hoch die Energie sein muss, die wir brauchen, um direkt neue Teilchen oder neue Kräfte zu finden, die keine größeren Abweichungen von Messungen verursachen können, als es die gegenwärtigen Unsicherheiten gestatten. Sie sagen uns auch, wie selten solche neuen Ereignisse sein müssen. Durch eine ausreichende Steigerung der Messgenauigkeit oder durch Experimente, die unter anderen physikalischen Bedingungen durchgeführt werden, suchen Experimentalphysiker nach Abweichungen von einem Modell, das bisher alle Ergebnisse der experimentellen Teilchenphysik vorhergesagt hat.
    Die heutigen Experimente beruhen auf der Einsicht, dass neue Ideen auf einer erfolgreichen effektiven Theorie aufbauen, die bei niedrigeren Energien gilt. Ihr Ziel besteht darin, neue Materie oder Wechselwirkungen aufzudecken, wobei wir daran denken sollten, dass das Wissen in der Physik von einer Skala zur nächsten aufgebaut wird. Durch die Untersuchung von Phänomenen bei den höheren Energien des LHC hoffen wir die Theorie zu finden und gründlich zu verstehen, die den bisher beobachteten Phänomenen zugrunde liegt. Selbst bevor wir neue Phänomene messen, werden uns die LHC-Daten wertvolle und schlüssige Hinweise dafür liefern, welche Phänomene oder Theorien es über das Standardmodell hinaus geben kann. Und wenn unsere theoretischen Überlegungen richtig sind, sollten letzten Endes neue Phänomene bei den höheren Energien auftauchen, die der LHC jetzt untersucht. Solche Entdeckungen würden uns dazu zwingen, das Standardmodell zu erweitern oder es in eine vollständigere Darstellung einzugliedern. Das umfassendere Modell würde mit größerer Genauigkeit über einen größeren Maßstabsbereich hinweg gelten.
    Wir wissen nicht, welche Theorie in der Natur realisiert ist. Wir wissen auch nicht, wann wir neue Entdeckungen machen werden. Die Antworten hängen davon ab, was es da draußen gibt, und das wissen wir noch nicht, sonst müssten wir nicht nachsehen. Aber bei jeder einzelnen Vermutung darüber, was existieren könnte, wissen wir, wie wir berechnen können, wie wir die experimentellen Konsequenzen entdecken könnten, und wie wir einschätzen können, wann diese auftreten könnten. In den nächsten Kapiteln werfen wir einen Blick auf die Funktionsweise der LHC-Experimente, und in dem darauf folgenden Teil werden wir betrachten, wie die Physiker Modelle und Vorhersagen für das entwerfen, was sie beobachten könnten.

Kapitel 13
    Die CMS- und Atlas-Experimente
    Im August 2007 ermunterte mich der spanische Physiker und Leiter einer Gruppe von Theoretikern am CERN, Luis Álvarez-Gaumé, mit großer Begeisterung, an einem Rundgang durch das ATLAS-Experiment teilzunehmen, den die Experimentalphysiker Peter Jenni und Fabiola