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Welt der Wissenschaft: ASTROPHYSIK: Spurensuche in der Welt der Quanten

Die Bausteine der Materie und ihre Wechselwirkungen werden durch das Standardmodell der Teilchenphysik zwar bis in viele Einzelheiten erklärt, doch fundamentale Fragen bleiben offen. Der »Large Hadron Collider«, der neue europäische Beschleuniger, wird zur Klärung dieser Fragen beitragen. Sein Vorstoß in ganz neue Energiebereiche verspricht den Beginn einer neuen Ära der Teilchenphysik.
Seit Anfang des Jahres 2010 werden am CERN in Genf Protonen auf Höchstgeschwindigkeit beschleunigt: Die Energie, mit der die Physiker sie am Large Hadron Collider (LHC) zusammenstoßen lassen, übersteigt diejenige früherer Teilchenbeschleuniger um ein Vielfaches. Damit ist es zum ersten Mal möglich, die Naturkräfte bei einem Abstand der wechselwirkenden Elementarteilchen von 10–19 Metern zu untersuchen, was etwa dem zehntausendsten Teil des Durchmessers eines Protons entspricht. Dieser Abstand spielt in der Teilchenphysik als »elektroschwache Skala« eine entscheidende Rolle: Erst, wenn sich zwei Teilchen bis auf 10–19 Meter nahe kommen, beginnen die Eigenschaften zweier Naturkräfte zu verschmelzen – die elektromagnetische und die »schwache« Kraft verhalten sich dann annähernd gleich (siehe Grafik auf S. 54). Deshalb spricht man hier von der »elektroschwachen Vereinheitlichung « an der »elektroschwachen Skala«. Zentrale Eigenschaften des derzeitigen Standardmodells der Teilchenphysik (kurz »Standardmodell«) lassen sich bei diesen kleinsten Abständen erforschen, und neuartige Phänomene sind hier zu erwarten. Die in der Öffentlichkeit viel diskutierte Erzeugung künstlicher Schwarzer Mini-Löcher gehört dabei eher ins Reich gewagter, wenn auch anregender Spekulationen. Gleichwohl weiß man, dass sich Eigenschaften und Dynamik des Mikrokosmos just an der elektroschwachen Skala grundlegend ändern. Deren Untersuchung ist damit ein Meilenstein auf dem Weg ins Innere der Materie.

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