Das elegante Universum by Brian Greene

Autor:Brian Greene
Die sprache: deu
Format: epub
Herausgeber: Siedler Verlag
veröffentlicht: 2015-08-06T16:00:00+00:00

Teilchen mit nichtganzzahliger Ladung

Ein weiterer experimenteller Anhaltspunkt für die Stringtheorie, der mit der elektrischen Ladung zu tun hat, ist zwar nicht ganz so zu den Gattungsmerkmalen zu zählen wie die Superpartner-Teilchen, wäre aber nicht weniger spektakulär, wenn er entdeckt würde. Die Elementarteilchen des Standardmodells weisen ein sehr begrenztes Repertoire an elektrischen Ladungen auf. Die Quarks und Antiquarks haben elektrische Ladungen von ⅓ und von ⅔ beziehungsweise von –⅓ und –⅔, während die anderen Teilchen elektrische Ladungen von 0, 1 oder–1 haben. Kombinationen dieser Teilchen erklären alle bekannte Materie unseres Universums. In der Stringtheorie gibt es jedoch Schwingungsmuster, die Teilchen mit ganz anderen elektrischen Ladungen entsprechen. Beispielsweise kann die elektrische Ladung eines Teilchens so exotische nichtganzzahlige Werte wie ⅕, , oder annehmen – um nur einige wenige aus einer großen Vielfalt von Möglichkeiten zu nennen. Diese ungewöhnlichen Ladungen können sich ergeben, wenn die aufgewickelten Dimensionen eine bestimmte geometrische Eigenschaft aufweisen: Löcher mit der höchst merkwürdigen Eigenschaft, daß Strings, die sie einmal umschlingen, sich nicht von den Löchern befreien können, während dies Strings, die in charakteristischer Weise mehrmals um solch ein Loch gewickelt sind, durchaus gelingt.18 Die Einzelheiten sind nicht besonders wichtig. Festzuhalten ist lediglich, daß sich die Zahl der Windungen, die die Strings benötigen, um sich zu befreien, in den erlaubten Schwingungsmustern manifestiert, indem sie den Nenner der nichtganzzahligen Ladungen bestimmt.

Einige Calabi-Yau-Räume haben diese geometrische Eigenschaft, andere dagegen nicht, und aus diesem Grund ist die Möglichkeit von elektrischen Ladungen mit ungewöhnlichen nichtganzzahligen Werten kein Gattungsmerkmal im gleichen Sinne wie die Existenz von Superpartnern. Doch während die Vorhersage von Superpartnern keine besondere Eigenschaft der Stringtheorie ist, hat man in Jahrzehnten keinen überzeugenden Grund gefunden, warum elektrische Ladungen von so exotischen nichtganzzahligen Werten in irgendeiner auf Punktteilchen basierenden Theorie vorkommen sollten. Man könnte sie mit Zwang in eine Punktteilchentheorie einführen, sie wären dort aber sowenig zu Hause wie der sprichwörtliche Elefant im Porzellanladen. Dagegen ergeben sie sich ganz selbstverständlich aus einfachen geometrischen Eigenschaften, welche die Extradimensionen besitzen können, und daher wären diese ungewöhnlichen elektrischen Ladungen natürliche Experimentalspuren, die auf die Stringtheorie schließen ließen.

Es ist die gleiche Situation wie bei den Superpartnern: Bislang ist noch kein solches Teilchen mit exotischer Ladung entdeckt worden. Gegenwärtig läßt sich in der Stringtheorie bei Zusatzdimensionen mit den Merkmalen, die geeignet sind, solche Ladungen zu erzeugen, noch keine eindeutige Vorhersage der entsprechenden Massen ableiten. Eine Möglichkeit wäre wieder, daß es diese Teilchen zwar gibt, daß aber ihre Massen dem Zugriff unserer technischen Möglichkeiten bei weitem entzogen sind – tatsächlich spricht einiges dafür, daß ihre Massen im Größenbereich der Planckmasse liegen. Sollte man aber in künftigen Experimenten auf solche exotischen elektrischen Ladungen stoßen, wären sie ein sehr starkes Indiz für die Stringtheorie.

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