Zutaten für ein Universum

Welt des Allerkleinsten

Die Suche nach den fundamentalen Bausteinen unseres Universums gehört zu den ältesten wissenschaftlichen Bemühungen überhaupt. Immer kleinere Objekte kamen dabei zum Vorschein und immer größer wurden die Forschungsgeräte der Teilchen-, Hadronen- und Kernphysik, die die Welt des Allerkleinsten sichtbar machen.
[Grafik] Computersimulation des Zerfalls eines Higgs-Teilchens in vier Myonen am LHC-Experiment ATLAS
Zoom für Bild Teilchenzerfall im Detektor
Bildbeschreibung:

Diese Computersimulation zeigt, wie der Zerfall eines Higgs-Teilchens in vier Myonen (gelbe Linien) am ATLAS-Experiment aussehen könnte. ATLAS ist eines der Experimente am LHC-Beschleuniger, der gegenwärtig am europäischen Teilchenphysikzentrum CERN in der Nähe von Genf gebaut wird. LHC steht für Large Hadron Collider. Hier werden ab 2007 Protonen auf hohe Energie beschleunigt und dann zum Zusammenstoß gebracht. Dabei hoffen Physiker das Higgs-Teilchen zu finden, mit deren Existenz gezeigt werden kann, wieso Teilchen eine Masse besitzen.

Bereits vor rund 2500 Jahren hatten die Griechen Leukipp und Demokrit die Idee, die Welt könne aus kleinen, unteilbaren Dingen aufgebaut sein. Sie gaben diesen Objekten den griechischen Namen für das Unteilbare: atomos.

Der experimentelle Abstieg in die Welt des Allerkleinsten begann Anfang des 19. Jahrhunderts, als man den (chemischen) Atomen auf die Schliche kam. Doch diese waren alles andere als unteilbar: Bald schon fand man darin das Elektron, später den Atomkern. Dann ging es Schlag auf Schlag. Ein Teilchen nach dem anderen offenbarte sich in den Apparaturen der Forscher: Der Atomkern zerfiel in Protonen und Neutronen. Weitere Dutzende protonenähnlicher Teilchen gaben sich zu erkennen, sowie Verwandte des Elektrons. Die Sache wurde kompliziert, die Vielfalt schien unendlich. Erst in den letzten 50 Jahren kam Ordnung in den Teilchenzoo: Die Wissenschaftler entdeckten, dass sich die verwirrende Teilchenzahl auf einige wenige, nach heutiger Kenntnis tatsächlich elementare Bausteine zurückführen lässt.

Doch die Suche nach den Fundamenten des Universums ist noch längst nicht beendet: Kernphysiker schaffen beispielsweise immer schwerere Atomkerne und ergründen, wie sich die Materie um uns herum gebildet hat; Hadronenphysiker nehmen die Verwandten von Protonen und Neutronen unter die Lupe und untersuchen, wie sich ihre Eigenschaften aus denen ihrer Bausteine erklären lassen; Teilchenphysiker gehen der Frage nach der Masse der Teilchen auf den Grund und versuchen, die Kräfte und Teilchen auf noch weniger Bestandteile und Prinzipien zurückzuführen.

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