Wie funktioniert die Welt?

Elementarteilchen (darunter auch das Elektron) verantwortlich. Hätte das Elektron (wie das Photon) die Masse null, wäre es nicht in Atome eingebunden und es gäbe keine der Strukturen unseres Universums.
    Ohnehin hat man im Experiment die Massen der Elementarteilchen gemessen, und sie verschwinden nicht. Wir wissen, dass sie existieren. Das Problem besteht darin, dass diese Massen die grundlegende Symmetriestruktur verletzen, von der wir wissen, dass sie in der physikalischen Beschreibung der Teilchen enthalten ist. Oder konkreter gesagt: Wenn Elementarteilchen von Anfang an eine Masse haben, macht die Theorie lächerliche Voraussagen über sehr energiereiche Teilchen; sie würde beispielsweise für Interaktionen eine Wahrscheinlichkeit voraussagen, die größer als 1 ist.
    Wir stehen also vor einem großen Rätsel. Wie können Teilchen eine Masse haben, die physikalische Folgerungen nach sich zieht und sich bei niedriger Energie messen lässt, aber sich gleichzeitig so verhalten, als hätten sie bei hoher Energie, bei der Voraussagen unsinnig werden, keine Masse? Diese Antwort gibt der Higgs-Mechanismus. Bisher wissen wir noch nicht mit Sicherheit, ob er tatsächlich für die Entstehung der Masse von Elementarteilchen verantwortlich ist, aber eine andere zufriedenstellende Erklärung hat bisher niemand gefunden.
    Ein Weg, um den Higgs-Mechanismus zu verstehen, führt über den sogenannten spontanen Symmetriebruch, der in meinen Augen schon selbst eine hübsche Idee ist. Eine spontan gebrochene Symmetrie geht nicht durch die physikalischen Gesetze verloren, sondern durch den tatsächlichen Zustand der Natur. Wenn ich beispielsweise am Esstisch sitze und das Glas zu meiner Rechten benutze, werden alle anderen das Gleiche tun. Der Esstisch ist symmetrisch – jeder hat ein Glas zur Rechten und eines zur Linken. Entscheidet sich aber jeder für das Glas zu seiner Rechten, wird spontan die Rechts-Links-Symmetrie durchbrochen, die ansonsten herrschen würde.
    Etwas Ähnliches geschieht auch in der Natur. Die physikalischen Gesetze zur Beschreibung eines Objekts, das als Higgs-Feld bezeichnet wird, berücksichtigen die Symmetrie der Natur. Der tatsächliche Zustand des Higgs-Feldes dagegen stellt einen Symmetriebruch dar. Bei niedriger Energie nimmt er einen bestimmten Wert an. Dieses nicht verschwindende Higgs-Feld ähnelt ein wenig einer Ladung, die sich im Vakuum ausbreitet (der Zustand des Universums ohne eigentliche Teilchen). Teilchen erlangen ihre Masse durch Interaktion mit solchen »Ladungen«. Da der fragliche Wert nur bei niedriger Energie auftritt, haben Teilchen letztlich nur bei dieser Energie eine Masse, und das scheinbare Nadelöhr der Elementarteilchenmasse ist scheinbar beseitigt.
    Man sollte bedenken, dass das Standardmodell der Teilchenphysik hervorragend funktioniert hat, obwohl wir nicht wissen, ob der Higgs-Mechanismus richtig ist. Wir brauchen keine Kenntnisse über den Higgs-Mechanismus, um zu wissen, dass Teilchen eine Masse haben, und um mit Hilfe des Standardmodells viele zutreffende Voraussagen zu machen. Unentbehrlich ist der Higgs-Mechanismus jedoch, wenn wir erklären wollen, wie diese Massen in einer sinnvollen Theorie zustande kommen. Der Erfolg des Standardmodells verdeutlicht aber auch eine andere hübsche Idee, die für die gesamte Physik unentbehrlich ist: das Konzept einer »effektiven Theorie«. Das ist einfach der Gedanke, dass man sich auf messbare Größen konzentrieren kann, wenn man Voraussagen macht und die Frage nach der Herkunft dieser Größen späteren Forschungsarbeiten überlässt, die mit einer größeren Genauigkeit durchgeführt werden können.
    Diese Zeit ist jetzt für den Higgs-Mechanismus glücklicherweise gekommen – oder zumindest für seine einfachste Umsetzung, zu der ein als Higgs-Boson bezeichnetes Teilchen gehört. Der Große Hadronenbeschleuniger im CERN in der Nähe von Genf sollte im Laufe des Jahres eine definitive Antwort auf die Frage liefern, ob dieses Teilchen existiert. [Anmerkung der Autorin: Unmittelbar bevor dieses Buch in Druck ging, wurde die Entdeckung bekanntgegeben. Nachdem das Higgs-Boson nun gefunden ist, kann man seine Eigenschaften messen und damit feststellen, ob es den einfachsten Erwartungen des Higgs-Mechanismus oder einer höher entwickelten Umsetzung entspricht.] Wenn sich dies bestätigt, ist nachgewiesen, dass der Higgs-Mechanismus richtig ist, und wir werden erfahren, welche grundlegende Struktur für den spontanen