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Physik: Was ist ein Teilchen?

Zur grundlegenden Natur der kleinsten Bausteine der Welt gibt es zahlreiche Hypothesen: Sie könnten punktartige Objekte sein, schwingende Felder - oder Einblicke in eine mathematische Ordnung des Kosmos ­gewähren. Theoretiker ringen heute intensiver als je zuvor um das sinnvollste Konzept.
Ultraleichte Teilchen, AxionLaden...

Alle Erscheinungen im Universum lassen sich auf Teilchen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen zurückführen. Angesichts dessen ist die Frage naheliegend, was genau Teilchen eigentlich sind.

Die einfachste Antwort erweist sich schnell als unbefriedigend. Nämlich, dass Elektronen, Photonen, Quarks und die übrigen fundamental genannten Objekte keine Substruktur oder räumliche Ausdehnung mehr besitzen. Mary Gaillard von der University of California in Berkeley, die in den 1970er Jahren die Massen zweier Arten von Quarks vorhersagte, fasst die Perspektive heute so zusammen: »Wir stellen uns Teilchen im Wesentlichen als punktförmige Objekte vor.« Und doch haben sie unterschiedliche Eigenschaften wie Ladung und Masse. Wie soll ein dimensionsloser Punkt etwas wiegen? Der Theoretiker Xiao-Gang Wen vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge bekräftigt: »Zu behaupten, Teilchen seien fundamental, ist nur eine andere Art, zu sagen: ›Fragen Sie bitte nicht weiter, ich weiß keine Antwort!‹«

Die Eigenarten jedes physikalischen Objekts hängen von dessen Beschaffenheit ab, also letztendlich von seinen kleinsten Bestandteilen. Deren Charakter wiederum lässt sich nur noch mit Zahlen und Gleichungen beschreiben. Somit spannen die Teilchen zwischen der gewohnten Wirklichkeit und der abstrakten Mathematik gewisser­maßen eine Brücke – die auf einem unsicheren Fundament ruht …

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  • Quellen

Van Raamsdonk, M.: Building up spacetime with quantum entanglement. General Relativity and Gravitation 42, 2010

Wigner, E.: On unitary representations of the inhomogeneous Lorentz group. Annals of Mathematics 40, 1939