Steht das Ende des „Teilchenzeitalters“ der Physik vor der Tür?

Die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 stellte einen großen Wendepunkt für die Teilchenphysik dar und markierte die Vollendung des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik. Allerdings kann das Standardmodell nicht alle Fragen der Physik beantworten. Daher haben Physiker seit dieser Entdeckung am Large Hadron Collider (LHC) nach Physik jenseits des Standardmodells gesucht und ermittelt, wie die zukünftige Physik aussehen wird.

Ein Papier in Das European Physical Journal H von Robert Harlander und Jean-Philippe Martinez vom Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie der RWTH Aachen, Deutschland, und Gregor Schiemann von der Fakultät für Geistes- und Kulturwissenschaften der Bergischen Universität Wuppertal, Deutschland, erwägt die Idee, dass die Teilchenphysik am Rande einer neuen Ära der Entdeckung und des Verständnisses in der Teilchenphysik stehen könnte. Das Papier betrachtet auch die Implikationen der vielen möglichen Szenarien für die Zukunft der Hochenergiephysik.

„Im Laufe des letzten Jahrhunderts hat sich das Konzept des Teilchens zu einem grundlegenden Konzept auf dem Gebiet der Physik entwickelt“, sagte Martinez. „Es hat im Laufe der Zeit eine bedeutende Entwicklung durchgemacht, die neue Wege für die Teilchenbeobachtung und damit für die Entdeckung neuer Teilchen eröffnet hat. Derzeit erfordert die Beobachtung eines Teilchens seine Produktion auf der Schale.“

Martinez erklärte, dass ein Teilchen „auf der Schale“ genannt wird, wenn sich Masse, Energie und Impuls auf eine bestimmte Weise vereinen (E²=m²c²+p²c⁴). „Im heutigen Sinne der Entdeckung eines neuen Teilchens ist es erforderlich, dass sich dieses zumindest für kurze Zeit im Experiment auf der Schale befindet“, sagte er.

In der Arbeit argumentieren Martinez und seine Mitautoren, dass alle neuen Teilchen zu schwer für die Produktion auf der Schale sein könnten, was bedeutet, dass die Teilchenphysik einen weiteren Evolutionsschritt in der Teilchenbeobachtung und vielleicht sogar im Konzept des Teilchens selbst durchlaufen muss.

„Die Teilchenphysik befindet sich derzeit an einem ganz besonderen Zeitpunkt“, fuhr Martinez fort. „Wir müssen uns immer noch mit der Möglichkeit auseinandersetzen, dass das Zeitalter der Teilchenentdeckungen, wie wir sie heute kennen, vorbei ist. Wir zeigen, dass die Teilchenphysik viele Evolutionsschritte durchlaufen hat, und wir behaupten, dass der nächste Schritt dieser Art unmittelbar vor uns liegen könnte. Allerdings wird eine solche Veränderung, wie bei früheren Entwicklungen, höchstwahrscheinlich von der Teilchenphysik selbst ausgehen.“