Hyperspace: eine Reise durch den Hyperraum und die zehnte Dimension ; [Einsteins Rache]

jedes Versuchsergebnis der Teilchenphysik bis hin zu einer Energie von einer Billion Elektronenvolt erklären (der Energie, die entsteht, wenn man ein Elektron durch eine Billion Volt beschleunigt). Das entspricht etwa dem Wert, den die gegenwärtig in Betrieb befindlichen Atomzertrümmerer erreichen. Infolgedessen darf man ohne Übertreibung feststellen, daß das Standardmodell die erfolgreichste Theorie in der Geschichte der Wissenschaft ist.
       Nach dem Standardmodell werden alle Kräfte, die die verschiedenen Teilchen binden, durch den Austausch verschiedener Quantenarten hervorgerufen. Wir wollen jetzt jede Kraft für sich betrachten und anschließend alle drei zum Standardmodell zusammensetzen.

    Die starke Kraft
    Nach dem Standardmodell sind Protonen, Neutronen und anderen schweren Teilchen keine fundamentalen Bestandteile des Atoms, sondern bestehen ihrerseits aus kleineren Teilchen, den Quarks, die in großer Vielfalt auftreten: drei »Farben« und sechs »Flavors«. (Diese Namen haben nichts mit tatsächlichen Farben oder flavors, also Aromen, zu tun.) Ferner gibt es die Antimaterie-Gegenstücke der Quarks, die Antiquaries. (Antimaterie ist in jeder Hinsicht mit Materie identisch, nur daß die Ladungen umgekehrt sind und daß sie sich bei Berührung mit normaler Materie vernichtet.) Das ergibt eine Gesamtzahl von 3 x 6 x 2 = 36 Quarks.
    Für den Zusammenhalt der Quarks sorgt der Austausch kleiner Ener-
    giepäckchen, der Gluonen. Mathematisch lassen sich Gluonen durch das Yang-Mills-Feld beschreiben, das zu einer klebrigen, karamellartigen Masse »kondensiert« und die Quarks dauerhaft »zusammenklebt«. So stark ist das Gluonenfeld und so eng bindet es die Quarks aneinander, daß sich die Quarks nicht auseinanderreißen lassen. Dieses Phänomen heißt Quarkeinschluß und könnte erklären, warum sich freie Quarks experimentell nie haben beobachten lassen.
    Beispielsweise lassen sich das Proton und Neutron mit drei Stahlkugeln (Quarks) vergleichen, die durch einen Y-förmigen Strick (ein Gluon) in der Gestalt einer Bola zusammengehalten werden. Andere stark wechselwirkende Teilchen, etwa die p-Mesonen, lassen sich mit einem Quark und einem Antiquark vergleichen, die durch einen einzigen Strick zusammengehalten werden (Abbildung 5.3).
       Durch Anstoß dieser Stahlkugeln können wir den Mechanismus in Schwingung versetzen. Nun sind in der Quantenwelt nur diskrete Schwingungszahlen erlaubt. Jede Schwingung dieser Anordnung von Stahlkugeln entspricht einer anderen Art von subatomaren Teilchen. Diesen Teil des Standardmodells, der die starke Kraft beschreibt, bezeichnet man als Quantenchromodynamik (QCD) – das heißt die Quantentheorie der Farbkraft.

    Die schwache Kraft
    Im Standardmodell bestimmt die schwache Wechselwirkung die Eigenschaften der »Leptonen«, also des Elektrons, des Myons, des Tauons und ihrer Neutrino-Partner. Wie andere Kräfte wechselwirken auch Leptonen, indem sie Quanten, sogenannte W- und Z-Bosonen, austauschen. Auch diese Quanten werden durch das Yang-Mills-Feld mathematisch beschrieben. Im Unterschied zur Gluonenkraft ist die Kraft, die durch den Austausch der W- und Z-Bosonen hervorgerufen wird, zu schwach, um die Leptonen zu einer Resonanz zu binden, deshalb entdecken wir auch keine unendliche Zahl von Leptonen in unseren Atomzertrümmerern.

    Die elektromagnetische Kraft
    Das Standardmodell schließt die Wechselwirkung der Maxwellschen Theorie mit anderen Teilchen ein. Dieser Teil des Standardmodells, der die
Abbildung 5.3. Stark wechselwirkende Teilchen sind tatsächlich aus noch kleineren Teilchen, den Quarks, zusammengesetzt, die durch einen karamellartigen »Kleb- stoff« zusammengehalten werden. Den beschreibt das Yang-Mills-Feld. Proton und Neutron bestehen jeweils aus drei Quarks, während sich Mesonen aus je einem Quark und einem Antiquark zusammensetzen.

    Wechselwirkung von Elektronen und Licht bestimmt, heißt Quantenelektrodynamik (QED). Wie Experimente zeigen, stimmt sie mit einer Wahrscheinlichkeit von eins zu io Millionen, womit sie die exakteste Theorie in der Geschichte der Physik ist.
    Zusammenfassend können wir feststellen, daß fünfzig Jahre Forschung und mehrere hundert Millionen Dollar staatlicher Forschungsgelder folgendes Bild der subatomaren Materie zutage gefördert haben: Alle Materie besteht aus Quarks und Leptonen, die wechselwirken, indem sie verschiedene Quantenarten austauschen, die durch das Maxwellund das YangMiüs-Feld beschrieben