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

erfolgreich. Seine Vorhersagen wurden viele Male mit einem hohen Maß an Präzision bestätigt. Dieses Higgs-Teilchen ist das letzte verbleibende Teil des Standardmodell-Puzzles. [36]   Wir nehmen jetzt an, dass Teilchen eine Masse haben. Aber wenn wir den Higgs-Mechanismus verstehen, werden wir wissen, wie diese Masse zustande kam. Der Higgs-Mechanismus, der in Kapitel 16 weiter untersucht wird, ist für ein befriedigenderes Verständnis von Masse wesentlich.
    Es gibt noch ein anderes, sogar noch größeres Rätsel in der Elementarteilchenphysik, bei dessen Lösung der LHC helfen sollte. Experimente am Large Hadron Collider werden wahrscheinlich zur Lösung eines Problems beitragen, das als das Hierarchieproblem der Elementarteilchenphysik bezeichnet wird. Der Higgs-Mechanismus bezieht sich auf die Frage, warum grundlegende Teilchen eine Masse besitzen. Das Hierarchieproblem stellt die Frage, warum diese Massen ihre jeweiligen Beträge haben.
    Elementarteilchenphysiker glauben nicht nur, dass Masse aufgrund eines sogenannten Higgs-Feldes entstand, das das Universum durchdringt. Wir glauben auch, dass wir die Energie kennen, bei der der Übergang von masselosen zu massereicheren Teilchen stattfand. Wir glauben das, weil der Higgs-Mechanismus einigen Teilchen ihre jeweilige Masse auf vorhersagbare Weise verleiht, die nur von der Stärke der schwachen Kernkraft und der Energie abhängt, bei der der Übergang stattfindet.
    Das Eigenartige ist, dass diese Übergangsenergie aus der zugrunde liegenden theoretischen Perspektive keinen wirklichen Sinn ergibt. Wenn man das, was wir von der Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie wissen, miteinander verbindet, kann man zwar Beiträge zu Teilchenmassen berechnen. Aber diese sind weit größer als das, was gemessen wird. Die Berechnungen, die auf der Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie beruhen, sagen uns, dass Massen ohne eine mächtigere Theorie viel größer sein sollten – tatsächlich 10 Trillionen – oder 10 16 -mal so groß. Die Theorie hält nur durch eine gewaltige Schummelei zusammen, die die Physiker ungeniert »Feinabstimmung« nennen.
    Das Hierarchieproblem der Elementarteilchenphysik stellt eine der größten Herausforderungen für die zugrunde liegende Beschreibung der Materie dar. Wir wollen wissen, warum sich die Massen so sehr von dem unterscheiden, was wir erwartet hätten. Quantenmechanische Berechnungen würden uns zu dem Glauben verleiten, dass sie viel größer sein sollte als die schwache Energieskala, die ihre Masse bestimmt. Unsere Unfähigkeit, die schwache Energieskala in der auf den ersten Blick einfachsten Version des Standardmodells zu verstehen, ist ein echter Stolperstein auf dem Weg zu einer wirklich vollständigen Theorie.
    Es ist wahrscheinlich, dass eine interessantere, raffiniertere Theorie das naivste Modell miteinbezieht – eine Möglichkeit, die wir Physiker viel überzeugender finden als eine feinabgestimmte Theorie der Natur. Trotz des ehrgeizigen Ziels der Frage, welche Theorie das Hierarchieproblem löst, wird der Large Hadron Collider wahrscheinlich ein Licht auf sie werfen. Quantenmechanik und Relativitätstheorie bestimmen nicht nur Beiträge zu Massen, sondern auch die Energie, bei der neue Phänomene in Erscheinung treten müssen. Diese Energieskala ist diejenige, die der LHC erforschen wird.
    Wir erwarten, dass sich am LHC eine interessante Theorie herausschälen wird. Diese Theorie, die diese Rätsel der Masse aufklären wird, sollte sich zeigen, wenn neue Teilchen und Kräfte oder Symmetrien erscheinen. Das ist eines der großen Geheimnisse, von dem wir hoffen, dass LHC-Experimente es lüften werden.
    Die Antwort ist zwar schon für sich genommen interessant. Aber sie ist wahrscheinlich auch der Schlüssel für tiefe Einblicke in andere Aspekte der Natur. Zwei der fesselndsten Antworten, die zu diesem Problem vorgeschlagen wurden, haben entweder mit der Erweiterung von Symmetrien von Raum und Zeit oder mit Revisionen unserer Vorstellung des Raumes zu tun.
    Szenarien, die in Kapitel 17 weiter erklärt werden, sagen uns, dass der Raum möglicherweise mehr als die drei Dimensionen enthält, die wir kennen: oben-unten, vor-zurück, links-rechts. Insbesondere könnte er völlig unbemerkte Dimensionen enthalten, die den Schlüssel für ein Verständnis der Eigenschaften von Teilchen und Masse liefern. Wenn das der Fall ist, wird der LHC Belege für diese Dimensionen in Form von Teilchen