Die kleinsten Partikel des Universums sind so winzig, dass sie keine Größe haben

Elementarphysiker am Fermi-Labor versuchen die neuesten Winzigkeiten unserer Welt aufzuspüren, die so klein sind, dass sie nicht einmal durch eine Teilchen-Kollision reproduziert werden können.

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13 August 2014, 9:50am

Bild: openclipart/ gustavorezende | Lizenz: Public Domain

Die Geschichte der kleinsten Teilchen reicht weit zurück und ist angenehm physikalisch. Seit der ersten Analyse von Molekülen im 18. Jahrhundert, wurden die kleinsten bekannten Elemente von Atomen über Elektronen bis zu den Elementarteilchen wie Quarks und Leptonen immer wieder ein Stückchen winziger.

Auch heute sind die Forscher noch lange nicht beim Nano-Kern der Sache angekommen. Denn die Frage nach dem kleinsten der Kleinsten ist nicht gerade einfach zu beantworten. Dr. Andy Parker Physiker an der University of Cambridge erklärt: „Elementarteilchen haben keine messbaren Größen. Physiker bezeichnen sie als punktartig, was aussagen soll, das bisher keine Form ausfindig gemacht werden konnte."

Die Huffington Post ist jetzt in investigativer Galileo-Manier der Suche nach dem Mikrodings nachgegangen. In einem Video ihrer Serie „Talk Nerdy To Me" haben sie die Forschung im Fermi-Labor besucht, wo Elementarphysiker versuchen, die neuesten kleinsten Partikel des Universums zu finden. Was sie suchen ist so klein, dass es auch nicht durch Kollisionen extrahiert werden kann.

In tief unter der Erde liegenden Laboren wie dem Fermi National Accelarator Laboratory bei Chicago und dem Cern forschen die Wissenschaftler nach den Ursprüngen des Universums und den Dingen, die alles zusammen halten.

Die Methode, mit der die Forscher Teilchen in ihre Bestandteile zerkleinern klingt erst einmal ziemlich simpel, denn die Partikel werden auf Kollisionskurs gebracht und mit rasanter Geschwindigkeit zu einem Zusammenstoß geführt, welcher sie zerbersten lassen soll. Die Abspaltungen sind im besten Fall neue, kleinere Teilchen als die vorherigen.

Auf diese Weise wurde vor zwei Jahren auch das Higgs-Boson entdeckt, welches durch seine Neuartigkeit zeigt, dass wir erst an der Oberfläche der Winzigkeiten kratzen. Den theoretischen Grundstein für dieses Teilchen legte der Physiker Peter Higgs schon in den 1960ern, doch erst 2012 konnte die Existenz dieses extrem kurzlebigen, elektrisch neutralen Elementarteilchens am CERN belegt werden.

„Wir lassen sie mit immer höherer Energie zusammenprallen, um sie in noch kleinere Partikel zu zerspalten. Doch mit einigen Teilen war uns das bis jetzt einfach nicht möglich", so Dr. Joe Lykken, stellvertretender Direktor des Fermi Lab.

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Standartmodell der Elementarteilchen in einer Darstellung des Fermi Lab. Bild: FERMILAB, Wikimedia | Lizenz: Public Domain

Die allerkleinsten Partikel müssen jedoch so winzig sein, dass sie selbst für eine Kollision, egal wie kraftvoll, zu klein sind. Und sie müssen kleiner sein als jegliche Elementarteilchen, was bedeutet: kleiner als 0,0000000000000000001m. Physiker nehmen an, dass ihre einzige sinnvolle Daseinsberechtigung auf die Stringtheorie zurückzuführen ist.

Die Stringtheorie geht davon aus, dass die Partikel nicht wie bisher angenommen als Teilchen im Sinne von Punkten aufgebaut sind, sondern vibrierende, eindimensionale Objekte, sogenannte Strings sind. Ihre Größenordnung wird in Plancklänge gemessen, welche um den Faktor 10 hoch 20 kleiner als der Durchmesser eines Protons ist.

Wenn ein Atom auf die Größe unseres Sonnensystems aufgebläht würde, wäre ein String lediglich ein Baum darin. Eine Größe, die eigentlich nicht messbar ist.

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Bild: MISS MJ, Wikipedia | Lizenz: CC BY 3.0

Die Grafik oben zeigt verschiedene Stadien der Vergrößerung:

  1. Makroskopisch: Gegenstand
  2. Molekular
  3. Atomar: Protonen, Neutronen, Elektronen
  4. Subatomar: Elektron
  5. Subatomar: Quarks
  6. Strings

„Ich denke, das bringt uns in eine ähnliche Situation wie zu Beginn des 20. Jahrhunderts als den Menschen plötzlich Einblicke ins Innere von Atomen gewährt wurden und es klar war, dass es dort noch viel mehr Teilchen zu geben schien.", so Dr. Joe Lykken. „Es gab plötzlich alle möglichen Experimente, die vorgenommen werden konnten und die völlig neue Welten eröffneten, die sich bisher niemand vorzustellen wagte."

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