Viele Jahrtausende haben Physiker angenommen, dass Atome die kleinsten Bausteine der Materie sind.
Doch sie bestehen aus noch viel kleineren Partikeln, den subatomaren Teilchen.
Im Jahre 1897 entdeckte der britische Physiker Joseph John Thomson das erste dieser Teilchen: das Elektron, das um den Atomkern kreist.
Dafür erhielt er 1906 den Nobelpreis.
Fünf Jahre später fand Rutherford den Atomkern und nach weiteren sieben Jahren das Proton, eines der Teilchen aus denen der Kern besteht.
Das zweite, das Neutron, wurde 1932 von James Chadwick entdeckt. Die beiden Physiker bekamen ebenfalls den Nobelpreis.
Bei Experimenten mit Elektronen, die durch radioaktiven Zerfall entstehen, schien es so, als würde Energie verloren gehen.
In den 30er Jahren ging der österreichische Physiker Wolfgang Pauli deshalb von der Existenz eines weiteren subatomaren Teilchens aus,
das für die fehlende Energie verantwortlich ist. Er nannte es Neutrino. Nachgewiesen wurde es erst in den Fünfziger Jahren.
Neutrinos entstehen vor allem in Kernfusionsprozessen der Sonne, wie der deutsche Physiker und Nobelpreisträger
Rudolf Mößbauer 1982 in Lindau erläuterte:
So eine Verschmelzung von Protonen, die eine Umwandlung von Protonen in Neutronen beinhaltet, geht nur, wenn es Neutrinos gibt.
Das heißt, unsere Existenz beruht also letzten Endes auf der Existenz von Neutrinos.
Mittlerweile sind drei verschiedene Neutrinos bekannt: das Elektron-, Myon- und Tau-Neutrino.
Sie haben eine so schwache Wechselwirkung mit der Materie und eine so geringe Masse,
dass sie mit Lichtgeschwindigkeit überall hindurch fliegen können.
Jede Sekunde erreichen 60 Milliarden Neutrinos pro Quadratzentimeter die Erde von der Sonne.
Allerdings lässt sich dieser Solarstrom nicht vollständig messen. Mößbauer hat eine Erklärung dafür:
Es könnte nämlich sein, dass die Neutrinos, die von der Sonne zu uns kommen Oszillationen machen,
dass sie sich umwandeln in andere Arten von Neutrinos, dass die Elektroneutrinos der Sonne etwa in Myon-Neutrinos
und Tauern-Neutrinos umgewandelt werden und dass das Ganze dann mischt.
Deshalb kann nur noch ein Drittel des Neutrino-Stroms von der Sonne nachgewiesen werden.
Eine andere, ganz fundamentale Frage war Anfang des letzten Jahrhunderts noch ungeklärt: Was hält den Atomkern im Inneren zusammen?
Eine starke nukleare Kraft und das Meson-Teilchen - nahm der theoretische Physiker Yukawa in den 30er Jahren an.
Was ein Meson ist, klärte der Amerikaner Muray Gell-Mann 1964 mit seinem Quark-Modell auf, für das er 1969 den Nobelpreis bekam.
Nach diesem Modell gibt es drei fundamentale Quark-Teilchen: Das Up-, Down-und Strange-Quark sowie deren Anti-Teilchen.
Ein Meson besteht aus einem Quark und einem Anti-Quark. Es hält die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammen.
Diese wiederum bestehen ebenfalls aus Quark-Teilchen.
Mit der Entdeckung der kosmischen Strahlung durch den Österreicher Victor Franz Hess in den 20er Jahren
wurde ein weiteres Elementarteilchen gefunden: das Myon.
Wenig später fanden Physiker mehr als 100 neue subatomare Teilchen bei ersten Experimenten mit Teilchenbeschleunigern.
Sie alle unterliegen denselben periodischen Mustern. Daraus entwickelten Physiker das Standardmodell.
Hier sind die Bausteine der Materie, deren Massen und die Kräfte, die sie zusammenhalten aufgestellt,
eine Art physikalisches Periodensystem der Elemente. Doch woher bekommen die Teilchen ihre Masse?
Die Symmetrien dieses Modells lassen dies nicht zu. Deshalb gibt es eine neue Theorie,
wie der amerikanische Physik-Nobelpreisträger David Gross 2008 in Lindau erklärte.
An important aspect of the standard model is the mechanism for the breaking of the symmetry,
the local symmetry that underlies the weak interactions.
There is an Ansatz, there is a theory for how that symmetry is broken,
called the Higgs mechanism which predicts in the simplest version, a particle,
a very distinctive particle which hasn’t yet been observed.
Der Higgs-Mechanismus ist nach dem britischen Physiker Peter Higgs benannt. Nach seiner Theorie existiert ein Feld,
das der Materie Masse verleiht. Das dazu gehörige Teilchen, das Higgs Boson, zu finden, ist essentiell,
wie der niederländische Physiker und Nobelpreisträger Martinus Veltman 2010 in Lindau betonte.
The Standard Model is a complicated Modell in which the Higgs plays a role and it has to be there. That much you can deduce for sure.
But on the other hand the common standard model is complicated as there is lots of particles with masses of which you have no idea
why they are at that particular value, with forces in some balance but why we do not know.
Mit dem Large Hadron Collider am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf suchen Wissenschaftler
nach dem so genannten Gottesteilchen.
Der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt ist ein knapp 27 Kilometer langer Ring aus supraleitenden Magneten.
Hier treffen zwei Protonenstrahlen in nahezu Lichtgeschwindigkeit mit einer Kollisionsenergie
von bis zu 14 Billionen Elektronenvolt aufeinander.
Lange vor dem Bau des LHC begrüßte Physik-Nobelpreisträger Werner Heisenberg
schon 1971 in Lindau ein solches europäisches Gemeinschaftsprojekt:
Ein großes wissenschaftliches Projekt, dessen Bedeutung von allen anerkannt wird,
das aber wegen der hohen Kosten von einem einzelnen europäischen Land allein nicht mehr getragen werden kann,
das stellt sozusagen einen Idealfall einer solchen Gemeinschaftsarbeit dar.
Heisenberg sollte recht behalten. Am CERN haben internationale Wissenschaftler jetzt erste Hinweise auf die Existenz
des Higgs Boson gefunden. Sie hoffen, die Frage nach dem Ursprung der Masse aller Elementarteilchen schon bald beantworten zu können.
Erst dann wird das Standardmodell der Physik vollständig und das Zusammenwirken der Grundbausteine der Materie geklärt sein.