Prof. Rolf Dieter Heuer Video
Prof. Rolf Dieter Heuer versucht das Allerkleinste im Kosmos zu verstehen
Wissendes Nichtwissen
Physiker suchen die Bausteine der Materie
"Wir wissen relativ viel, aber auch wieder relativ wenig über Materie", sagt Rolf Dieter Heuer, Leiter des "Centre Européen pour la Recherche Nucléaire" (Cern).
"Wir haben eine gewisse Vorstellung, wie die Materie aufgebaut ist. Wir haben auch sehr gute Vorstellungen, wie die Kräfte zwischen Materieteilchen funktionieren. Aber dass wir deswegen sehr viel über Materie wissen, würde ich nicht behaupten. Wir wissen gerade mal Bescheid über fünf Prozent der Materie- und Energiedichte des Universums." Ob ein Teilchenphysiker den Ursprung der Welt entdecken werde, wisse er nicht, aber "Ich weiß sicher, dass die Teilchenphysiker sehr stark dazu beitragen werden. Meiner Ansicht nach wird es ein Gemeinschaftswerk vieler Disziplinen sein, aber die Teilchenphysik wird sehr stark dabei vertreten sein."

Das Grundproblem der Physik ist, dass der Kosmos so ist, wie er ist - aber die Theorien haben akute Probleme, ihn zu beschreiben. So erzeugen Physiker in ihren Laboren einen kleine Urknall für sich, lassen Elektronen und Positronen aufeinander treffen, um die nach E=mc2 freiwerdende Energie zu messen. In diesem Feuerball konzentrierter Energie entstehen wie am Beginn des Universums Elementarteilchen, die Grundsubstanz aller bekannten Materie: Auf diese Weise sind in der Vergangenheit Quarks und all die anderen Bausteine aus denen unsere Welt aufgebaut ist, entdeckt worden.

Nur ein Teilchen fehlt noch: das - hypothetische - Higgs-Teilchen. Dieses seltsame Teilchen soll nach der Theorie des englischen Physikers Higgs all den elementaren Materiebausteinen ihre Masse verleihen.

Forscher kennen nur fünf Prozent der Materie
Doch leider versteckt es sich allzu gut: Die bekannte, sichtbare Materie, aus der auch wir bestehen macht nur einen kleinen Teil der Masse des Universums aus. Mehr als 95 Prozent sind unsichtbar. Dass es sie gibt, schließen die Forscher aus der Bewegung der Sterne in den Galaxien und der Milchstraßen selbst. "Irgendwas" zieht dort mit seiner Schwerkraft - die Frage ist nur, was. "Wir wissen, dass sie da sein muss", so Heuer. "Wir wissen aber weder was es ist, noch, wo es wirklich ist."

Damit lautet sein Resümee: "Es fehlt uns das Verständnis zum größten Teil des Universums. Und wenn wir da jetzt in der nächsten Zeit, wie wir erwarten, grundlegend neue Erkenntnisse dazu gewinnen, dann könnte sich das Weltbild so verändern, wie es sich damals verändert hat, als wir von der Erde als Mittelpunkt zur Erde als Teil eines großen Systems übergegangen sind."

Andere Theoretiker sehen die Hoffnung in der Stringtheorie - sie sind von ihr begeistert, andere eher skeptisch. Die Theorie besagt, dass die Materie - Quarks, Elektronen, aber auch das Higgs-Teilchen - aus kleinen schwingenden Schleifen, nicht aus punktförmigen Teilchen bestehe. Doch die Gleichungen sind so kompliziert, dass die ein neues Kapitel der theoretischen Physik aufmachen: Nicht nur, dass die Lösungen nur näherungsweise berechnet werden können - nein, selbst die Gleichungen sind nur näherungsweise bekannt.

Dabei hat die Stringtheorie das Problem, dass sie mindestens elf - vielleicht auch 26 - Raumzeitdimensionen statt der bekannten vier (drei des Raumes, eine der Zeit) benötigt, um zu funktionieren. Immerhin, die Mutmaßungen über ihre Aussagekraft ist enorm: Sie könnte die Widersprüche zwischen Quantenmechanik und Albert Einsteins Relativitätstheorien auflösen. Beide gut bestätigten Theorien kommen in Konflikt bei sehr großen, aber auf engstem Raum konzentrierten Massen.

Zudem sagt die Theorie eine Unzahl neuer Teilchen voraus. "Wir wissen genau durch die Messungen, die wir heute bezüglich des Standardmodells unternommen, dass irgendetwas neues da sein muss. Das kann das Higgs-Teilchen sein, das kann auch etwas völlig anderes sein."

Cern
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Glossar
Das Standardmodell Der Urknall Large Hadron Collider Das Cern