Mit dem Nachweis des Higgs-Bosons hat der Large Hadron Collider (LHC) seinem Ruf als Entdeckungsmaschine alle Ehre gemacht. Nun soll die 27 Kilometer im Umfang messende Protonenschleuder am Forschungszentrum CERN in der Nähe von Genf weitere Geheimnisse der Materie enträtseln und Hinweise auf eine neue Physik liefern. Denn die Wissenschaftsgemeinde ist überzeugt: Das bislang überaus erfolgreiche Standardmodell der Teilchenphysik kann nicht der Weisheit letzter Schluss sein.

Für Präzisionsmessungen ist der LHC allerdings nur beschränkt geeignet. Das liegt an den Geschossen, die er nutzt: wahlweise Protonen oder Kerne von Bleiatomen. Bei beiden handelt es sich um zusammengesetzte Teilchen. Atomkerne bestehen aus Neutronen und Protonen, und auch einzelne Protonen offenbaren bei hohen Energien ihren inneren Aufbau aus drei Quarks, die über so genannte Gluonen fest miteinander verklebt sind. Die Klebeteilchen – die Quanten der starken Kernkraft – können ihrerseits aus dem Nichts heraus kurzlebige Quark-Antiquark-Paare bilden, die sofort wieder verschwinden. Daher gleicht das Proton einer klumpigen Suppe aus realen und virtuellen Teilchen und Antiteilchen sowie Gluonen. Wenn nun zwei dieser Suppenschüsseln heftig zusammenstoßen, kann niemand genau sagen, was passiert: Trifft ein Quark auf ein anderes Quark? Oder auf ein Gluon, das sich bei hohen Kollisionsenergien wie ein massives Teilchen verhält? Oder prallen zwei Gluonen aufeinander? ...