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Jenseits des Standardmodells

Wo klaffen die Lücken?

Unser Standardmodell der Physik hat sich bisher wacker geschlagen: Viele der um uns herum beobachtbare Phänomene lassen sich auf diesen Grundbaukasten von Elementarteilchen zurückführen. Ob das Verhalten von Licht oder Radiowellen, die Zusammensetzung der Atome oder die Entwicklung von Sternen. Doch so säuberlich geordnet dieser Teilchen-Baukasten auch erscheint – er kann leider nicht alle Phänomene in unserem Kosmos erklären.

Das Standardmodell der Teilchenphysik mit Higgs-Boson © Daniel Dominguez / CERN

Eine ganze Familie von Teilchen

Nach dem Standardmodell besteht alles um uns herum aus einer ziemlich begrenzten Zahl von Elementarteilchen. Zu ihnen gehören beispielsweise die Quarks, aus denen die Atomkerne aufgebaut sind, aber auch Elektronen oder Neutrinos. Insgesamt gibt es zwölf verschiedene dieser Fermionen, die in drei „Generationen“ unterteilt werden. Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch ihre Masse voneinander, typisch und damit definierend für sie alle ist ein halbzahliger Spin.

Zu diesen kommen im Standardmodell Bosonen – Teilchen, die die auf die Materie wirkenden Kräfte vermitteln. Zu diesen gehören die die Photonen als Überträger der elektromagnetischen Kraft, aber auch Gluonen als Träger der starken Kernkraft. W- und Z-Bosonen vermitteln die schwache Kernkraft. Typisch für die Bosonen ist ein ganzzahliger Spin. Das Higgs-Boson hat eine Sonderrolle – es ist bereits eine Erweiterung des klassischen Standardmodells. Denn es vermittelt keine der vier Grundkräfte, hat aber dennoch entscheidenden Einfluss auf andere Teilchen und weicht auch in seinem Spin von 0 von allen anderen ab.

Die Krümmung der Raumzeit durch die Gravitation lenkt auch das Licht ab. © MMCD

Wo bleibt die Gravitation?

Doch so säuberlich geordnet dieser Teilchen-Baukasten auch erscheint – er kann leider nicht alle Phänomene in unserem Kosmos erklären. So taucht bisher die Gravitation, die vierte Grundkraft im Universum, im Standardmodell nicht auf. Eigentlich müsste es auch für sie ein Wechselwirkungsteilchen, eine Art Boson geben. Doch bisher lässt sich dieses Graviton nicht nachweisen und auch theoretisch nicht eindeutig einordnen.

Die Kollisionen im LHC erzeugen einen ganzen Schauer von Teilchen, die in alle Richtungen auseinanderfliegen. Die meisten von ihnen werden von den schalenartig übereinanderliegenden Schichten der Detektoren erfasst, doch die Gravitons könnten entweichen. „Es würde dabei eine leere Zone hinterlassen, die wir dann als Ungleichgewicht im Impuls und der Energie bemerken“, erklären die Physiker des CERN. „Wir müssten dann sehr sorgfältig die Eigenschaften dieser fehlenden Objekte analysieren, um herauszufinden, ob es ein Graviton sein könnte.“

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Nadja Podbregar
Stand: 10.04.2015

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

LHC: Auf dem Weg zu neuer Physik?
Was der Neustart der "Weltmaschine" über unser Universum verraten könnte

Eine neue Ära
Die "Weltmaschine" läuft wieder

Jenseits des Standardmodells
Wo klaffen die Lücken?

Ins dunkle Universum
Der LHC und die Dunkle Materie

Supersymmetrie und Extradimensionen
Kann der LHC den erhofften Nachweis bringen?

Ein Higgs – oder viele?
Warum es jetzt erst richtig spannend werden könnte

Zurück zum Urknall
Antimaterie und das Quark-Gluon-Plasma

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