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Fädchen als Grundbaustein

Auf der Konferenz "Strings 2012" basteln Physiker an einem neuen Weltmodell

Von Frank Grotelüschen

Selbst die gewaltige Struktur des Universums (hier eine Simulation) soll aus Strings aufgebaut sein.
Selbst die gewaltige Struktur des Universums (hier eine Simulation) soll aus Strings aufgebaut sein. (LSW)

Physik. - Woraus besteht Materie in ihrem Kleinsten? Sind es – wie es bislang aussieht – tatsächlich Elementarteilchen namens Quarks und Elektronen? Nein, meinen die Vertreter der Stringtheorie. Sie glauben, dass die Welt in Wirklichkeit aus winzigen Fäden bestehen, den sogenannten Strings. Die neuesten Erkenntnisse diskutieren 400 Fachleute in dieser Woche in München auf der Konferenz "Strings 2012".

"Ein String ist quasi eine eindimensionale, vibrierende Saite. Und die einzelnen Vibrationszustände charakterisieren dann die Teilchen unseres Universums."

In den Augen von Thomas Grimm, Forscher am Max-Planck-Institut für Physik in München, bilden sie die Grundbausteine der Welt: unmessbar kleine Fäden oder Saiten. Ähnlich wie eine Geigensaite können sie schwingen - wodurch sie die bekannten Teilchen aufbauen: Elektronen etwa, aber auch die Quarks. Diese wären also gar nicht elementar wie bislang angenommen. In Wirklichkeit wären sie aus noch kleineren Bausteinen zusammengesetzt – den Strings. Der Zweck der Idee ist höchst ehrgeizig:

"Die Hauptmotivation, die String-Theorie zu studieren, ist die Vereinheitlichung von der Quantenphysik mit der Gravitationstheorie in eine große vereinheitlichende Theorie, die wirklich alle Gesetze im Universum beschreibt."

Nichts weniger also als der ganz große Wurf. Die Stringtheorie könnte – so die Hoffnung – eines Tages in die legendäre Weltformel münden: jene allumfassende Theorie, die Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenphysik vereint und von der einst bereits ein Albert Einstein und ein Werner Heisenberg träumten. Noch aber taugen die Strings nicht für die ersehnte allumfassende Physik-Theorie. Dummerweise nämlich entdeckten die Experten vor einiger Zeit, dass die String-Theorie nicht nur eine einzige Lösung besitzt, die dann gefälligst unser Universum beschreiben sollte. Nein, sie hat unglaublich viele Lösungen, in etwa 10 hoch 500, also eine Zahl mit 500 Stellen. Überspitzt ausgedrückt würde das heißen, dass die String-Theorie eine Unzahl von 10 hoch 500 Universen beschreibt, und es scheint aussichtslos herauszufinden, welche dieser Lösungen nun für unser Universum zuständig ist. Doch die Experten habe natürlich weitergerechnet – und präsentieren nun eine gute und eine schlechte Nachricht. Zuerst die schlechte:

"Die Anzahl der Lösungen hat sich vielleicht eher noch vergrößert."

Doch nun die gute Nachricht:

"Aber man hat verstanden, dass vielleicht nicht alle dieser Lösungen gleich interessant sind. Nur ein kleiner Teil beschreibt das, was wir beobachten. Wenn wir versuchen, unser Universum zu verstehen, müssen wir uns vielleicht nicht um alle Lösungen kümmern."

Eine Situation ähnlich wie bei einem beliebten Spiel, dem Schiffeversenken: Nach und nach finden die Physiker heraus, welche Felder auf dem Spielfeld nicht in Frage kommen - in der Hoffnung, die Möglichkeiten immer weiter einzugrenzen und irgendwann einen Volltreffer zu landen. Nützlich sein dürfte dafür die jüngste Sensation am Cern in Genf: die Entdeckung des Higgs-Teilchens durch den Teilchenbeschleuniger LHC. Grimm:

"Sie hilft uns auf jeden Fall weiter, weil sie im Prinzip sagt, dass bestimmte Eigenschaften jetzt fixierter sind. Das heißt die Menge der Lösungen, die interessant für uns sind, wird dadurch verringert. Wir können dann genauer in die übrigen Lösungen schauen."

Quasi ein zusätzlicher Freiversuch beim Schiffeversenken also. Noch spannender wäre es, wenn der LHC in den kommenden Jahren weitere Entdeckungen macht – zum Beispiel die sogenannten versteckten Dimensionen aufspürt. Manche Physiker nämlich vermuten, dass es nicht nur die vertrauten vier Dimensionen gibt – die drei Raumrichtungen sowie die Zeit. Nein, im Prinzip könnten viel mehr Dimensionen existieren, die wir bislang nur deshalb nicht bemerkt haben, weil sie winzig klein sind und in sich aufgerollt. Ähnlich wie eine Makkaroni-Nudel, die aus der Entfernung aussieht wie ein zweidimensionaler Strich, und bei der man erst bei näherem Hinschauen erkennt, dass sie ein dünnes Röhrchen ist, also ein dimensionales Ding. Für String-Theoretiker wie Thomas Grimm jedenfalls wäre die Entdeckung dieser Extra-Dimensionen extrem interessant.

"Die Theorie sagt diese versteckten Dimensionen voraus. Die Theorie sagt jedoch nicht voraus, wie groß diese Extra-Dimensionen sind. Die können sehr klein sein und sehr schwer zu entdecken. Es gibt jedoch Versionen, wo die Extra-Dimensionen sehr groß sind und dann beobachtbar wären am LHC. Natürlich wäre das extrem spannend!"

Was zwar noch kein Beweis dafür wäre, dass es die Strings tatsächlich gibt. Aber es würde der Theorie der winzigen Fädchen enormen Auftrieb bescheren.

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