Neue Mutmaßungen, dass die Quarks wieder aus kleineren Objekten zusammengesetzt seien: Präonen. Zur Geschichte der Spekulation über Elementares.
Und die Erde war wüst und leer“, das ist der zweite Satz der Genesis. „Wüst“ heißt auf Hebräisch „tohu“, „leer“ „vohu“, „va“ bedeutet „und“. Daher kommt das Wort „Tohuwabohu“: ursprünglich die größte Unordnung, aus der Gott die Welt schuf.
Diese Vokabeln zog der israelische Physiker Haim Harari – heute Vorsitzender des Executive Board des I.S.T. Austria in Maria Gugging – 1979 für sein Modell der Welt heran. Alle Teilchen, aus denen die Materie zusammengesetzt ist, seien aus nur zwei Arten von „Rishonen“ (nach dem hebräischen Wort für „ursprünglich“) zusammengesetzt: T (von „tohu“) und V (für „vohu“). Aus jeweils drei dieser – nun wirklich elementaren – Teilchen sollen die „Elementarteilchen“ bestehen, die im Standardmodell der Physik die Materie aufbauen: die Quarks und die Leptonen (z.B. Elektronen und Neutrinos).
Gut für die Dunkle Materie
Hararis Modell ist nur eines von vielen, das die Quarks und Leptonen aus noch kleineren Objekten erklärt. Von „Präonen“ sprachen schon 1974 Jogesh Pati und Abdus Salam. Dieses Wort wurde nun, wie die „Presse“ gestern meldete, aus der Schublade geholt(Physical Review D): Laut den schwedischen Physikern Fredrik Sandin und Johan Hansson soll die Dunkle Materie – die den Astronomen z.B. für die Erklärung der Galaxien-Bewegung fehlt – zumindest zum Teil aus Präonen bestehen, die sich nie zu Quarks (schon gar nicht zu Atomkernen, geschweige denn Atomen) vereint haben. Solche aus dem frühesten Urknall übrig gebliebene „Präonen-Bällchen“ sollten extrem dicht sein, sie würden Licht stark beugen und die Erde auf ganz typische Weise erschüttern.Das sollte man messen können, und damit könnte man „neue Physik“ ergründen.
Sollte man, könnte man. Einstweilen sind die Präonen – und schon gar die Idee, dass derlei Ur-Ur-Teilchen irgendwo „überlebt“ haben könnten – reine Spekulation. Sie fügen sich in ein reiches Reich der rein spekulativen Teilchen. Zu denen etwa die „supersymmetrischen Teilchen“ gehören (die die Verwandlung von Materie-Teilchen in Kräfte-Teilchen möglich machen sollen).
Am Ende dann die Superstrings...
Aber was ist mit den Superstrings? Soll nicht alles, was da ist, aus Schwingungen dieser Miniatursaiten bestehen? Erstens sind diese mindestens so spekulativ wie alle Präonen. Zweitens sollen sie in noch viel kleineren Größenordnungen angesiedelt sein: knapp oberhalb der kleinsten Länge, von der man sinnvoll sprechen kann, der Planck-Länge, 10–35Meter. Zum Vergleich: Atome liegen zirka bei 10-10Meter, Atomkerne bei 10-14Meter. Da liegt also noch einiges dazwischen, da könnte man die jeweiligen „Elementarteilchen“ noch ein paar Mal spalten. Rein theoretisch natürlich.
Mao liebte das „Schichtenkind“
Dieses Weltbild erinnert an die russischen „Matroschka“-Puppen, besondere Sympathie dafür zeigte aber Mao Tse Tung, großer Vorsitzender und Hobbyphysiker: Er wies die chinesischen Physiker an, das Quark „Schichtenkind“ zu nennen; und so war „maons“ auch unter den für die Sub-Quark-Teilchen vorgeschlagenen Wörtern.
Freilich können nicht einmal die Quarks frei beobachtet werden: Sie sind durch die starke Kernkraft fest in den Hadronen eingesperrt. So sprach Murray Gell-Mann, der ihre Existenz 1963 erstmals postulierte, von ihnen zunächst als mathematische Fiktion. Er leitete sie aus Symmetrie-Überlegungen ab, benannte sie nach einer Stelle aus James Joyces „Finnegans Wake“ („Three quarks for Muster Mark“). Der literarisch inspirierte, auch mit Goethe-Zitaten (z.B. „In jedem Quark begräbt er seine Nase“) assoziierbare Name setzte sich gegen den Vorschlag Richard Feynmans – „Partonen“ – durch.
Experimente, die für die Existenz der Quarks sprechen, sind Streuversuche, im Prinzip ähnlich denen, mit denen Ernest Rutherford einst zeigte, dass Atome zusammengesetzt sind. Wenn die Streuung an einem Teilchen von der Richtung abhängt, spricht das dafür, dass es nicht überall gleich ist, dass es eine innere Struktur hat. Das wiederum kann man dadurch erklären, dass es zumindest theoretisch teilbar ist.
Ähnlich argumentierten 1996 Physiker, die aus Teilchenbeschleuniger-Daten schließen wollten, dass Quarks eine innere Struktur haben. Diese Interpretation der Zusammenstöße von Protonen hielt sich aber nicht lange. So sind die Präonen weiter reine Objekte der Theorie. Die sich heute mit Spekulationen viel leichter tut als einst der – sonst nicht gerade für Bescheidenheit bekannte – Wiener Physiker Wolfgang Pauli. „Ich habe etwas Schreckliches getan“, gestand er 1930: „Ich habe ein Teilchen vorhergesagt, das nicht nachgewiesen werden kann.“
Es war das Neutrino, 26 Jahre später nachgewiesen, bis heute ein recht verhuschtes, aber anerkanntes Mitglied im Verband der Elementarteilchen, also nicht zusammengesetzt. Bis auf Weiteres.
IMMER ELEMENTARER...
Atome (von griechisch „atomos“, unteilbar) bestehen aus Atomkern und Elektronenhülle. Das zeigte Ernest Rutherford 1911.
Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen (die beide zu den Hadronen zählen). Das zeigte James Chadwick 1932.
Hadronen bestehen aus Quarks. Das postulierte Murray Gell-Mann 1963.
Quarks (und alle anderen Materie-Teilchen) sollen aus Präonen (auch Rishonen, Quinks, Maons usw. genannt) bestehen. Das wurde 1974 erstmals vorgeschlagen.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 05.12.2007)