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

liefern, die Kaluza-Klein-Teilchen genannt werden und sich durch die ganze höherdimensionale Raumzeit bewegen.
    Unabhängig davon, welche Theorie das Hierarchieproblem löst, sollte sie experimentell zugängliche Belege auf der schwachen Energieskala bereitstellen. Eine Folge von theoretisch-logischen Überlegungen wird dann das, was wir am LHC finden, mit dem verknüpfen, was dieses Problem letztlich lösen wird. Es könnte etwas sein, was wir bereits erwarten, oder es könnte etwas Unvorhergesehenes sein, aber auf jeden Fall wird es beeindruckend sein.
    Dunkle Materie
    Außer diesen Problemen der Elementarteilchenphysik könnte der LHC auch einen Beitrag zur Erhellung der Natur der dunklen Materie des Universums leisten, der Materie, die zwar eine Gravitationswirkung ausübt, aber weder Licht absorbiert noch ausstrahlt. Alles, was wir sehen – die Erde, der Stuhl, auf dem Sie sitzen, Ihr Wellensittich – besteht aus Teilchen des Standardmodells, die mit Licht wechselwirken. Aber sichtbare Dinge, die mit Licht wechselwirken und deren Wechselwirkungen wir verstehen, machen nur etwa vier Prozent der Energiedichte des Universums aus. Ungefähr 23 Prozent seiner Energie wird getragen von etwas, das als dunkle Materie bezeichnet wird und dessen Identität erst noch festgestellt werden muss.
    Dunkle Materie ist tatsächlich Materie, d.h., sie klumpt durch den Einfluss der Gravitation zusammen und trägt dadurch (in Verbindung mit gewöhnlicher Materie) zu Strukturen bei – z.B. zu Galaxien. Im Unterschied zu der Materie, mit der wir vertraut sind, wie z.B. dem Stoff, aus dem wir bestehen, und den Sternen am Himmel, gibt sie weder Licht ab noch absorbiert sie es. Da wir Dinge im Allgemeinen durch Licht sehen, das abgestrahlt oder absorbiert wird, ist die dunkle Materie schwer zu »sehen«.
    Tatsächlich ist der Begriff »dunkle Materie« eine Fehlbezeichnung. Die sogenannte dunkle Materie ist eigentlich gar nicht dunkel. Ein dunkler Stoff absorbiert Licht. Einen dunklen Stoff, der Licht absorbiert, können wir wirklich sehen. Die dunkle Materie tritt jedoch auf keinerlei beobachtbare Weise in Wechselwirkung mit Licht irgendeiner Art. Technisch gesprochen ist die »dunkle« Materie durchsichtig. Aber ich werde auch weiterhin die gewöhnliche Ausdrucksweise verwenden und diese schwer fassbare Substanz als dunkel bezeichnen.
    Aufgrund ihrer Gravitationswirkungen wissen wir, dass dunkle Materie existiert. Aber ohne sie direkt zu sehen, werden wir nicht wissen, was sie eigentlich ist. Besteht sie aus vielen winzigen identischen Teilchen? Wenn ja, was ist die Masse der Teilchen und welche Wechselwirkungen übt sie aus?
    Bald könnten wir jedoch mehr erfahren. Es ist bemerkenswert, dass der LHC tatsächlich das richtige Energieniveau haben könnte, um Teilchen zu erzeugen, die dunkle Materie sein könnten. Das Schlüsselkriterium für dunkle Materie besteht darin, dass das Universum gerade die richtige Menge davon enthält, um die gemessenen Gravitationswirkungen auszuüben. Das bedeutet, dass die Restdichte  – der Betrag an gespeicherter Energie, den unser kosmologisches Modell vorhersagt, existiert bis heute – mit diesem gemessenen Wert übereinstimmen muss. Es ist eine überraschende Tatsache, dass bei einem stabilen Teilchen, dessen Masse der schwachen Energieskala entspricht, die der LHC erforschen wird (wieder anhand von E=mc 2 ), und dessen Wechselwirkungen ebenfalls auf Teilchen mit dieser Energie miteinbeziehen, dass bei diesem Teilchen die Restdichte in der richtigen Größenordnung liegt, um dunkle Materie sein zu können.
    Der LHC könnte uns daher nicht nur Einblicke in Fragen der Elementarteilchenphysik geben, sondern auch Hinweise darauf, was es heute draußen im Universum gibt und wie alles anfing, Fragen, die zur Wissenschaft der Kosmologie gehören, die uns sagt, wie sich das Universum entwickelt hat.
    Wie bei den Elementarteilchen und ihren Wechselwirkungen verstehen wir erstaunlich viel von der Geschichte des Universums. Aber ebenso wie bei der Elementarteilchenphysik bleiben auch ein paar ganz große Fragen bestehen. Die wichtigsten von diesen schwierigen Fragen sind folgende: Was ist dunkle Materie? Was ist die sogar noch geheimnisvollere Entität namens dunkle Energie , und was war der Antrieb der Periode exponentieller Expansion des frühen Universums, die als kosmologische Inflation bezeichnet wird?
    Die heutige Zeit eignet sich hervorragend für Beobachtungen, die uns Antworten auf diese