Warum kann das Standard-Modell nicht stimmen?

Zu viel: Teilchen und Parameter

61 Teilchen sind vielen Wissenschaftlern nicht fundamental genug

Das Standard-Modell der Teilchenphysik steckt voller Rätsel. Da ist zunächst einmal diese Unzahl fundamentaler Teilchen. Zählt man alle zusammen, so kommt man auf eine Summe von 61 Teilchen. Das klingt nicht sonderlich fundamental. Überzeugender wäre es, wenn es nur einige wenige Elementarteilchentypen gäbe, aus denen sich der Rest zusammensetzt.

Aber nicht nur die Teilchen selbst, auch ihre Masse und die Stärken ihrer Wechselwirkungen fallen im Standard-Modell vom Himmel. Wie in einem Lückentext müssen hier 17 Werte von den Physikern in Experimenten bestimmt und dann per Hand in die Theorie eingesetzt werden. Die Wissenschaftler hätten nichts dagegen, wenn es auch nur hier ein, zwei Werte gäbe.

Es fehlt: die Gravitation
Und dann ist da ja auch noch die Schwerkraft. Obwohl wir sie in unserem Leben ständig spüren, bleibt sie im Standard-Modell außen vor. Bisher ist es den Theoretikern nicht gelungen, auch die Schwerkraft über den Austausch von Kraftteilchen funktionieren zu lassen. Einen Namen für das mögliche Teilchen gibt es schon: das Graviton.

Die Masse der Sonne krümmt den Raum.

Das bedeutet nun nicht, dass die Schwerkraft theorienlos ist: Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt sie durch die Krümmung des Raumes. So kreist die Erde um die Sonne, weil diese den Raum eindellt und auf diese Weise unseren Planeten gefangen hält. Die Vorhersagen dieser Theorie decken sich hervorragend mit dem Experiment - zumindest bei großen Abständen. Denn bisher konnte man das Gravitationsgesetz nur bis zu einem Abstand von einem Millimeter exakt vermessen - der ist "riesig" für das Standard-Modell.

Vorsicht: Quantenschaum
Physiker wissen aber auch ohne Messung, dass es bei sehr kleinen Abständen zu Problemen kommen muss. Dies liegt an so genannten Vakuum-Quantenfluktuationen. Denn nach der Quantentheorie kann sich das Universum Energie borgen. Je mehr Energie dabei geliehen wird, umso schneller muss sie zurückgezahlt werden. Dies alles geschieht in zeitlichen Größenordnungen von Milliardstel Milliardstel Milliardstel Sekunden.

Dies bedeutet nun, dass das Vakuum nicht glatt ist - wie die Allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt, sondern dass der Raum bei winzigsten Abmessung unangenehm gekrümmt, spitz und scharfkantig ist. Man spricht hier von Quantenschaum. Konkret bedeutet dies, dass die Gleichungen, mit denen man bisher versuchte, Quantentheorie und Schwerkraft unter einen Hut zu bringen, unendliche Ergebnisse hervorbrachten. Und das ist Unsinn. Quanteneffekte mischen die Raumzeit bei kleinen Abständen zu Quantenschaum auf.