SM And Beyond //1934

Wie der Titel schon verrät, geht es heute um ein besonders komplexes und faszinierendes Thema. Dennoch habe ich es lange vor mir hergeschoben, wollte eigentlich vorher zur Einstimmung erst noch über Symmetrie breakplainen.

Also gleich in Medias res:
Das Standardmodell gilt als anerkannt (im gleichen Sinne wie die Newtonmechanik), nämlich insofern, dass es zutreffende Vorhersagen in seinem Gültigkeitsbereich macht.
Das SM umfasst die Elektroschwache und die Starke Wechselwirkung, die durch Quantenflavordynamik (QFD) bzw. Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben werden. Zu unterscheiden ist es von Grand Unified Theories (GUTs), die QFD und QCD weiter zu einer Theorie vereinheitlichen sollen, aber bislang noch nicht experimentell bestätigt werden konnten.

Das SM enthält eine Reihe von Elementarteilchen:
Zunächst gibt es drei Generationen von Fermionen. Fermionen sind Teilchen mit halbzahligem Spin, die sich in ihrem statistischen Verhalten von Bosonen (Teilchen mit ganzzahligen Spin) unterscheiden.
Die Fermionen des SM teilen sich auf in Leptonen (Elektronen und Elektron-Neutrinos in der ersten Generation, Myon bzw. Tauon und entsprechende Neutrinos in der zweiten und dritten Generation) und die 6 Quarks Up – Down, Charm – Strange, Top – Bottom (dazu hatte ich bereits einmal eine Hexalogie auf dem Nühmphenblog geschrieben, die allerdings recht soft ausfiel, aber so war damals die Konzeption der Reihe – keine Ahnung, wann ich wieder einmal etwas dort schreibe, dazu müsste mich erst mal wieder der Muserich nicht nur küssen).
Für unser normales Leben sind nur die Teilchen der ersten Generation von Bedeutung. Die der zweiten und dritten Generation sind schwerer, und können über elektroschwache Prozesse zerfallen und sich in die leichteren umwandeln.
Aus Up- und Down-Quarks setzen sich die Nukleonen (Protonen und Neutronen) zusammen, und bilden so Atomkerne („Nukular – das Wort heißt nukular!“) , die von einer Hülle aus Elektronen umgeben sein können.
Zwischen den Fermionen des SM herrschen verschiedene Wechselwirkungen, die durch Vektorbosonen vermittelt werden. Für die elektromagnetische Kraft reicht das Photon. Für die schwache Kraft kommen das Z-Boson und die W-Bosonen hinzu. Die starke WW wird durch Gluonen übertragen. Dann gibt es noch das skalare Higgs-Boson (in der populärwissenschaftlichen Literatur törichterweise auch „Gottesteilchen“ genannt), das notwendig ist, um den Teilchen durch Symmetriebrechung Masse zu verleihen.

Ich habe hier etliche Einzelheiten weggelassen. Profis wissen das ohnehin, interessierte Laien finden im Internet genügend weitergehende Quellen, und uninteressierten Laien ist es sowieso egal.

Die Lagrangedichte des Standardmodells ist zwar recht länglich (so dass sie den neuerdings in WordPress integrierten LaTeX-Parser bei weitem überfordert), aber für Kundige durchaus noch überschaubar, und sie genügt, um drei der vier (bekannten) Grundkräfte im uns zugänglichen Universum zu beschreiben. Feynmandiagramme liefern dazu einen handlichen und bequemen Formalismus. der die einzelnen Wechselwirkungen in konkrete, mathematische Terme umsetzt.

Wie aber geht es nach dem Standardmodell weiter? Wenn die Distanzen noch geringer, oder die Energien der beteiligten Teilchen noch höher werden?
Grand Unified Theories hatte ich schon erwähnt. Aber die wahre Königsdisziplin wäre die Vereinigung mit der vierten Grundkraft der Natur: der Gravitation.
Für die Phänomene unseres Alltagslebens genügt nach wie vor zur Beschreibung das Newton’sche Gravitationsgesetz. Für größere Massen erweist sich die Allgemeine Relativitätstheorie als umfassender, die die Massenanziehung über die Krümmung des Raumes beschreibt.
An der Herausforderung, Standardmodell und Allgemeine Relativitätstheorie zu einer einzigen Theory Of Everything (TOE) zusammenzufassen, beißen sich bereits mehrere Generationen Theoretischer Physiker die Zähne aus.

Größere Beschleuniger (wie der Large Hardon Collider) für ausgeklügelte Experimente und leistungsfähigere Teleskope für astronomische und kosmologische Beobachtungen werden uns weitere Daten liefern, die weiterführende Theorien entweder bestätigen oder widerlegen.
Ich bin neugierig, wie es weitergeht, fürchte aber, dass die Natur sich nicht so wirklich in die Karten schauen lassen wird.