Vor 50 Jahren erschien die bahnbrechende Arbeit "A Model of Leptons"

Dieses Ereignis zeigt die im 1200-Liter-Tank der Gargamelle-Blasenkammer hinterlassenen Spuren, die zur ersten Bestätigung neutraler Ströme führten. (Credit: CERN)
Dieses Ereignis zeigt die im 1200-Liter-Tank der Gargamelle-Blasenkammer hinterlassenen Spuren, die zur ersten Bestätigung neutraler Ströme führten. (Credit: CERN)

Vor 50 Jahren, am 20. November 1967, veröffentlichte Steven Weinberg die berühmte Abhandlung "A Model of Leptons", die den tiefgreifenden Zusammenhang zwischen Mathematik und Natur erklärt. Diese Abhandlung liegt im Kern des Standardmodells, unserer vollständigsten Theorie dessen, wie Teilchen in unserem Universum miteinander wechselwirken.

Weinbergs elegante und einfach formulierte Theorie ist nur zwei Seiten lang und war zur damaligen Zeit revolutionär, trotzdem wurde sie viele Jahre lang ignoriert. Aber jetzt wird sie mindestens dreimal pro Woche zitiert. Die Abhandlung nutzt die Theorie der Symmetrie (laut der alles in unserem Universum ein entsprechendes Spiegelbild besitzt) zwischen als Pionen bezeichneten Teilchen, um Weinbergs Theorie der Grundkräfte aufzubauen.

Ab 1965 hatte Weinberg basierend auf dieser Symmetrie am Aufbau einer mathematischen Struktur und der Theoreme gearbeitet, die erklärten, warum Physiker bestimmte Interaktionen zwischen Pionen und Nukleonen beobachtet hatten, und wie Pionen sich verhalten, wenn sie aneinander gestreut werden. Das ebnete den Weg für eine gesamte Theorie der Hadronenphysik bei niedrigen Energien.

Physiker haben das Konzept der Symmetrie seit den 1930er Jahren genutzt, aber sie waren noch nicht in der Lage, die elektromagnetische Kraft und die schwache Wechselwirkung zu vereinigen. Die Vereinigung der beiden Kräfte würde Physiker einer einzigen Theorie näherbringen, die beschreibt, wie und warum all die fundamentalen Wechselwirkungen in unserem Universum auftreten. Die Mathematik machte es notwendig, dass die Teilchen, die diese beiden Kräfte übertragen, masselos sein mussten. Aber Weinberg und andere Physiker wussten, dass diese Teilchen sehr schwer sein mussten, wenn sie tatsächlich für diese Kräfte in der Natur verantwortlich sind.

Eines Tages, als der 34-jährige Weinberg in seinem roten Camaro zur Arbeit fuhr, hatte er einen Geistesblitz: Er hatte am falschen Ort nach masselosen Teilchen gesucht. Er wandte seine Theorie auf ein selten erwähntes und oft unbeachtetes Teilchen an – das massereiche W-Boson – und paarte es mit einem masselosen Photon. Theoretiker berücksichtigten die Masse des W-Bosons, indem sie einen anderen unbeobachteten Mechanismus einführten. Dieser wurde später als der Higgs-Mechanismus bekannt, der die Existenz eines Higgs-Bosons erfordert.

Die Gültigkeit von Weinbergs Theorie zu belegen, hat eines der größten experimentellen Forschungsprogramme inspiriert, das die Welt je gesehen hat, und das CERN hat bedeutende Projekte aufgebaut, die zu folgenden Entdeckungen führten:

Im Gespräch mit dem CERN Courier beschreibt der heute 84-jährige Weinberg, wie es ist, seine Arbeit bestätigt zu sehen: "Die Hoffnung, dass eine der Windungen sich als Beschreibung der Realität herausstellen wird, lässt einen als theoretischen Physiker weitermachen." Im Jahr 1979 erhielt er für seine bahnbrechende Theorie den Nobelpreis.

Ein halbes Jahrhundert nach dieser Veröffentlichung ist es schwer, eine Theorie zu finden, die die grundlegende Physik so klar wie Weinbergs Theorie beschreibt, welche all die verschiedenen Puzzleteile zusammenbrachte und sie zu einer sehr einfachen Theorie zusammenfügte.

Quelle

(THK)

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