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Quantenphysik: Mit einem Rechentrick zur umfassenden Theorie der Naturkräfte

Bei den heftigsten Kollisionen in Teilchenbeschleunigern versagen alle gängigen mathematischen Beschreibungen. Doch ein neuer Ansatz verspricht Abhilfe. Was Physiker besonders begeistert: Damit dürfte sich auch die Schwerkraft zwanglos in das theoretische Modell der Welt einfügen – ein lang gehegter Traum könnte wahr werden.
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An einem sonnigen Frühlingstag stieg unser Koautor Dixon an der Station Mile End in die Londoner U-Bahn, um zum Flughafen Heathrow zu fahren. Er musterte den Fahrgast gegenüber – einen von mehr als drei Millionen, die tagtäglich die U-Bahn nutzen – und fragte sich zum Zeitvertreib: Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Fremde in Wimbledon aussteigt? Wie lässt sich das berechnen, wenn er alle möglichen Wege nehmen könnte? Plötzlich erkannte Dixon, dass die Frage den vertrackten Problemen gleicht, vor denen Teilchenphysiker stehen, wenn sie die Vorgänge in modernen Beschleunigern vorhersagen möchten.

So jagen Forscher mit dem Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf Protonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit gegeneinander, um die Kollisionstrümmer zu analysieren. Der Bau des Beschleunigers und seiner Detektoren war eine Herkulesaufgabe. Ebenso mühsam, wenn auch weniger augenfällig, ist die Deutung der Detektordaten. Das mag auf den ersten Blick seltsam erscheinen. Das so genannte Standardmodell der Teilchenphysik (siehe Spektrum der Wissenschaft 9/2003, S. 26) hat sich vielfach bewährt, und Theoretiker verwenden es routinemäßig, um experimentelle Resultate vorherzusagen. Dabei nutzen sie ein Rechenverfahren, das der berühmte amerikanische Physiker Richard Feynman (1918 – 1988, Nobelpreis 1965) schon vor gut 60 Jahren entwickelt hat...

September 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2012

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