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

Beiträge zur Higgs-Masse aufgrund von virtuellen Teilchen zu berechnen, ist das Ergebnis außergewöhnlich verwirrend. Die virtuellen Beiträge fast jedes Teilchens der Theorie scheinen einem Higgs-Teilchen eine Masse zu verleihen, die fast so groß wie die Planckmasse ist. Die vermittelnden Teilchen könnten schwere Objekte sein, wie z.B. Teilchen mit riesigen GVT-Skala-Massen (siehe die linke Seite von Abbildung 55), oder die Teilchen könnten gewöhnliche Standardmodell-Teilchen sein, wie etwa Top-Quarks (siehe die rechte Seite). In beiden Fällen würden die virtuellen Korrekturen die Higgs-Masse viel zu groß werden lassen. Das Problem ist, dass die Energien, die für den Austausch der virtuellen Teilchen erlaubt sind, so groß wie die Planckenergie sein können. Wenn das stimmt, kann auch der Beitrag der Higgs-Masse fast ebenso groß sein. In diesem Fall würde die Massenskala, bei der die mit den schwachen Wechselwirkungen verknüpfte Symmetrie spontan gebrochen wird, ebenfalls die Planckenergie sein, und das ist 16 Größenordnungen – zehntausend Billionen Mal – zu hoch.
    Das Hierarchieproblem ist ein entscheidend wichtiges Problem für das Standardmodell mit nur einem Higgs-Boson. Technisch gesprochen gibt es ein Schlupfloch. Die Higgs-Masse könnte beim Fehlen virtueller Beiträge riesig sein und genau denjenigen Wert haben, der die virtuellen Beiträge auf genau denjenigen Präzisionsgrad annullieren könnte, den wir brauchen. Das Problem ist, dass – obwohl es prinzipiell möglich wäre – das bedeuten würde, dass 16 Dezimalstellen gestrichen werden müssten. Das wäre ein gewaltiger Zufall.
    Kein Physiker glaubt an diese Schummelei – oder Feinabstimmung, wie wir es nennen. Wir sind alle der Ansicht, dass das Hierarchieproblem, wie diese Diskrepanz zwischen den Massen genannt wird, ein Hinweis auf etwas Größeres und Besseres in der zugrunde liegenden Theorie ist. Kein einfaches Modell scheint dieses Problem völlig zu lösen. Die einzigen vielversprechenden Antworten, die wir haben, beinhalten Erweiterungen des Standardmodells durch einige bemerkenswerte Charakteristika. Gemeinsam mit der Realisierung des Higgs-Mechanismus ist die Lösung des Hierarchieproblems das wichtigste Forschungsziel für den LHC – und das Thema des folgenden Kapitels.

Kapitel 17
    Das nächste Top-Modell der Welt
    Im Januar 2010 trafen sich Kollegen bei einer Tagung in Südkalifornien, um über Elementarteilchenphysik und die Suche nach der dunklen Materie im Zeitalter des LHC zu diskutieren. Die Organisatorin, Maria Spiropulu, eine CMS-Experimentalphysikerin und Angehörige der Physikabteilung am Caltech, bat mich, den ersten Vortrag zu halten und die wichtigsten, am LHC behandelten Fragen und Ziele der Physik für die nahe Zukunft zu skizzieren.
    Maria wollte eine dynamische Tagung. Deshalb schlug sie vor, dass wir mit einem »Duell« der drei Eröffnungsredner beginnen. Als ob es nicht schon verwirrend genug war, dass der Begriff »Duell« auf drei Personen angewendet wurde, stellte das Publikum eingeladener Gäste eine noch größere Herausforderung dar, weil es sich von Experten auf dem Gebiet bis zu interessierten Beobachtern aus der Technologiewelt Kaliforniens erstreckte. Maria bat mich, tiefzuschürfen und subtilen und übersehenen Aspekte gegenwärtiger Theorien und Experimente auf den Grund zu gehen, wohingegen einer der Besucher, Danny Hillis – ein brillanter Nichtphysiker von der Firma Applied Minds – vorschlug, ich solle alles so elementar wie möglich machen, damit die Nichtexperten folgen könnten.
    Ich tat, was jeder rationale Mensch angesichts solcher widersprüchlicher und unerfüllbarer Ratschläge tun würde: die Dinge hinauszögern. Das Ergebnis meines Internetsurfens war meine erste Folie (siehe Abbildung 56), die in Dennis Overbyes Aufsatz in der New York Times endete – mit Tippfehler und all dem Rest.
    Die Themen bezogen sich auf Dinge, die die nachfolgenden Sprecher und ich abdecken sollten. Aber die Komik der Geräuscheffekte, die ich einbaute, um den Auftritt jeder der sich duellierenden Katzen zu begleiten (was ich hier nicht wiedergeben kann), sollte sowohl die Begeisterung als auch die Unsicherheit widerspiegeln, die mit jedem dieser Modelle verbunden sind. Jeder Konferenzteilnehmer wusste unabhängig davon, wie stark er von einer Idee überzeugt war, über die er gearbeitet hatte, dass bald Daten einlaufen würden. Und die Daten würden letztlich darüber entscheiden,