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

Energie in diesem Universum ist zwar lächerlich klein, aber wir konnten nur in einem Universum mit genau einem solchen kleinen Wert existieren. Diese Art von Überlegung ist das anthropische Prinzip , das wir in Kapitel 18 betrachteten. Wie ich an jener Stelle schon sagte, bin ich nicht davon überzeugt. Trotzdem habe weder ich noch irgendjemand sonst eine bessere Antwort. Die Erklärung des Werts der dunklen Energie ist vielleicht das größte Rätsel, mit dem Physiker und Kosmologen heute ringen.
    Zusätzlich zu den Rätseln, die mit der Energie verbunden sind, haben wir auch noch ein weiteres kosmologisches Rätsel mit Bezug auf die Materie: Warum gibt es im Universum überhaupt Materie? Unsere Gleichungen behandeln Materie und Antimaterie als etwas Gleichgestelltes. Sie vernichten sich gegenseitig, wenn sie aufeinander treffen, und dann verschwinden beide. Wenn sich das Universum abgekühlt hat, sollten weder Materie noch Antimaterie übrigbleiben.
    Während die dunkle Materie keine großen Wechselwirkungen zeigt und deshalb erhalten bleibt, wechselwirkt gewöhnliche Materie durch die starke Kernkraft ziemlich stark. Ohne einen exotischen Zusatz zum Standardmodell würde fast die Gesamtheit unserer gewöhnlichen Materie zu dem Zeitpunkt verschwunden sein, als das Universum sich auf seine gegenwärtige Temperatur abgekühlt hat. Der einzige Grund, aus dem Materie übriggeblieben sein kann, besteht darin, dass es ein Übergewicht von Materie gegenüber Antimaterie gibt. Das ist aber nicht Teil der einfachsten Versionen unserer Theorien. Wir müssen Gründe dafür finden, dass zwar Protonen existieren, die aber keine Antiprotonen finden können, mit denen sie sich gegenseitig vernichten können. Irgendwo muss eine Materie-Antimaterie-Asymmetrie eingebaut werden.
    Die Menge übriggebliebener Materie ist zwar kleiner als die Menge dunkler Materie, aber sie macht immer noch einen beträchtlichen Anteil des Universums aus – ganz zu schweigen davon, dass sie die Quelle von allem ist, was wir kennen und lieben. Wie und wann diese Materie-Antimaterie-Asymmetrie entstand, ist eine weitere große Frage, die Elementarteilchenphysiker und Kosmologen sehr gerne beantworten wollen.
    Natürlich bleibt auch die Frage entscheidend, woraus die dunkle Materie besteht. Vielleicht werden wir am Ende herausfinden, dass das zugrunde liegende Modell die Dichte der dunklen Materie mit der Materiedichte verknüpft, wie es vor kurzem durchgeführte Forschungen nahelegen. Jedenfalls hoffen wir, bald viel mehr über die Frage nach der dunklen Materie aus Experimenten zu erfahren – von denen wir jetzt einige untersuchen werden.

Kapitel 21
    Besucher von der dunklen Seite
    Als der Chefingenieur des LHC, Lyn Evans, im Januar 2010 bei der LHC/Dunkle-Materie-Tagung in Kalifornien sprach, schloss er seinen Vortrag ab, indem er die Zuhörer damit stichelte, daß »Ihr Theoretiker [in den letzten Jahrzehnten] im Dunkeln getappt seid«. Er fügte hinzu: »Jetzt verstehe ich, warum ich die letzten fünfzehn Jahre mit dem Bau des LHC verbracht habe.« Lyns Kommentare bezogen sich auf den Mangel an Hochenergiedaten aus den Jahren davor. Aber es gab auch Hinweise auf die Möglichkeit, dass LHC-Entdeckungen Licht auf die dunkle Materie werfen könnten.
    Zwischen der Elementarteilchenphysik und der Kosmologie gibt es zwar viele Verbindungen, aber eine der faszinierendsten besteht darin, dass die dunkle Materie tatsächlich bei den Energien erzeugt werden könnte, die der LHC erforscht. Es ist eine bemerkenswerte Tatsache, dass, wenn eine stabile Art von Elementarteilchen mit einer Masse auf der schwachen Masseskala existiert, der Energiebetrag, der mit Teilchen dieser Art verknüpft ist und vom frühen Universum bis heute überlebt hat, in etwa richtig wäre, um für die dunkle Materie aufzukommen. Das Ergebnis von Berechnungen bezüglich des Betrags dunkler Materie, die von einem anfänglich heißen – aber sich abkühlenden – Universum übriggeblieben ist, zeigt, dass das der Fall sein könnte. Das bedeutet, dass die dunkle Materie sich nicht nur buchstäblich vor unserer Nase befindet, sondern dass dasselbe auch für den Nachweis ihrer Existenz gelten könnte. Wenn die dunkle Materie tatsächlich aus einem solchen Teilchen mit schwacher Masse besteht, könnte der LHC uns nicht nur Einblicke in Fragen der Elementarteilchenphysik gewähren, sondern auch Anhaltspunkte dafür liefern, was es da draußen im Universum gibt und wie alles