Renormierung

Trick der Theoretiker, Unendlichkeiten unter den Teppich zu kehren.

Als sich Theoretiker ans Rechnen mit relativistischen Quantenfelder machten, wurden viele Ergebnisse unendlich groß: so auch die Ladung und Masse des Elektrons. Die Theoretiker zu diesen Theorien waren also gut beraten, sich hier etwas einfallen zu lassen. Es sein denn, sie mochten es, als weltfremd bezeichnet zu werden.

Wie entstanden diese Unendlichkeiten? Nun, Teilchen sind im Mikrokosmos von unzähligen anderen Teilchen umgeben. Wenn sich ein Elektron bewegt, strahlt es Photonen ab, die es kurz danach wieder einfängt: Eine Photonenwolke bildet sich um das Elektronen. Diese Photonen können jedoch auch wieder Teilchen-Antiteilchen-Paaren bilden. Die können auch wieder strahlen... Und so weiter. Und so fort. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, auf denen das alles passieren kann. Die Rechenregeln sagen nun, dass man all diese Möglichkeiten addieren muss. Und das liefert am Ende das unendlich große Ergebnis.

Die Unendlichkeiten brachten die relativistischen Quantenfeldtheorien in arge Bedrängnis. Doch einige Physiker - darunter Richard Feynman - bügelten sie aus der Theorie. Sie fanden in den 1940er Jahren einen Kunstgriff, den sie Renormierung nannten. Denn die Physiker kehrten dabei die Unendlichkeiten unter den Teppich: Sie gaben nicht den Theorien, sondern dem Universum die Schuld an allen Unendlichkeiten. So ist die eigentliche Masse von Elektronen seit Urzeiten minus Unendlich. Weil nun aufgrund der Teilchenwolken eine positiv unendliche Masse hinzukommt, ergibt sich am Ende genau die Differenz zwischen zwei Unendlichkeiten: die Masse des Elektrons, wie man sie im Labor misst. Was hier nach einem Schildbürger-Streich klingt, fabriziert Theorien mit verblüffendem Erfolg: Quantenfeldtheorien gehören zu dem Genauesten, was sich die Menschheit bisher ausgedacht hat.