Wie verhalten sich Materie und Kräfte bei höchsten Energien?

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In der Stringtheorie werden die fundamentalen Kräfte und Teilchen auf fäden- und flächenhafte Gebilde zurückgeführt. // © TUM, Felix Rust, Sebastian Moster

Man geht davon aus, dass überall im Universum die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten gelten. Diese werden im Standardmodell der Elementarteilchen formuliert. Allerdings weist das Standardmodell einige Erklärungslücken auf: Es funktioniert nicht bei extrem kleinen Entfernungen und immens hohen Energien – also genau dem Zustand des Universums unmittelbar nach dem Urknall.

Daher erforschen die Wissenschaftler der Research Area A im Exzellenzcluster Universe, wie sich Materie verhält, wenn sie bei hohen Energien auf engstem Raum zusammenrückt. Ziel ist es, das bestehende Standardmodell in Richtung eines allgemeingültigen, kosmologischen Standardmodells zu erweitern. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei der Gravitation (Schwerkraft), die sich zwar als vierte Kraft manifestiert, sich aber aufgrund ihrer Eigenschaften nicht in das Schema des Standardmodells einordnen lässt. Um die Probleme mit dem gängigen Standardmodell zu umgehen, haben die Physiker eine Reihe von zusätzlichen Konzepten entworfen, zum Beispiel die Stringtheorie. Dabei handelt es sich um ein mathematisches Konstrukt, das die Existenz zusätzlicher Raumdimensionen voraussetzt.

Die Aufgabe der Wissenschaftler in der Research Area A ist es, die verschiedenen Theorien anhand von Experimenten an Teilchenbeschleunigern zu überprüfen und weiterzuentwickeln. Große Hoffnungen auf neue Erkenntnisse – und neue Teilchen – ruhen daher auf dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN: Teilchenkollisionen bei sehr hohen Energien sollen hier in der Theorie vorausgesetzte, aber bisher unentdeckte Partikel nachweisen.  

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