2008 startet das größte und ergeizigste Unternehmen nach der Mondlandung. Es ist die Jagd nach dem Higgs-Boson. Der weltgrößte Protonen- Beschleuniger LHC geht am CERN in der Schweiz in Betrieb und wird Kollisions-Energien von 14 TeV erzeugen. Mit diesem Unternehmen hat Europa die Initiative in der Elementarteilchen-Physik übernommen. Die Schleier über den großen Rätseln der heutigen Physik sollen gelüftet werden :

Was ist der Ursprung der Masse ? Was ist die Dunkle Materie ? Was ist die Dunkle Energie ? Gibt es die Supersymmetrie ?

Die Supersymmetrie ist eine eher durch Zufall entdeckte Raumzeit-Symmetrie. Sie wandelt Bosonen in Fermionen, somit Kraftteilchen in Materieteilchen, und Fermionen in Bosonen um. Werden zwei Supersymmetrieoperationen hintereinandergeschaltet, so entsteht eine Bewegung in der Raumzeit.

In der Theorie bringt die Anwendung der Supersymmetrie Vorteile. So werden bei der Berechnung des Wirkungsquerschnitts die Quantenfluktuationen, die zu unendlichen Energien führen, kompensiert, weil die Quantenbeiträge der Fermionen und Bosonen entgegengesetztes Vorzeichen haben.

Weiterhin sind die Stärken der Naturkräfte abhängig von der kosmischen Temperatur. Extrapoliert man die Stärken der elektromagnetischen Kraft, der schwachen Kraft und der starken Kraft bis nahe an die Temperatur des Urknalls, dann treffen sich die Stärken der Kräfte in einem Punkt. Ihre Stärken sind bei dieser kosmischen Temperatur genau gleich , wenn die supersymmetrischen Wechselwirkungen berücksichtigt werden.

Die Supersymmetrie verdoppelt die Anzahl der bisherigen Teilchen des Standardmodells. So gehören z.B. zu den Fermionen mit dem Spin 1/2 supersymmetrische Bosonen mit dem Spin 0. Das Selektron ist somit ein Boson mit dem Spin 0 .

Nachdem bei den Beschleunigerexperimenten bisher kein einziges Superteilchen gefunden wurde, nimmt man an, daß die Supersymmetrie gebrochen ist . Die Superteilchen müssen größere Massen als ihre Partnerteilchen haben. Die Massen dürfen aber nach theoretischen Berechnungen nicht zu groß sein. Sie müssen im Bereich der elektroschwachen Skala angesiedelt und sie sollten damit mit dem LHC zu entdecken sein.

Fermionen sind Teilchen, die unterscheidbar sind und der Fermi-Statistik unterliegen . Für sie gilt das Pauli- Ausschließungsprinzip. Sie können immer nur einen Quantenzustand besetzen. Das Pauli- Ausschließungsprinzip hat sich bis jetzt hervorragend bewährt, um den Atomaufbau zu erklären. Eine theoretische Erklärung gibt es für das Pauli-Prinzip nicht.

Die Bosonen sind hingegen Teilchen , die ununterscheidbar sind und der Boson-Einstein-Statistik gehorchen. Bosonen können alle den gleichen Quantenzustand besetzen.

Die Supersymmetrie vermag Fermionen und Bosonen zu vertauschen. Sie schlägt die Brücke zwischen Materie und Kraft.

Sind Teilchen Fermionen oder Bosonen oder sind sie sowohl Fermionen als auch Bosonen ? Das ist eine interessante Frage !
Sie erinnert an die 300 Jahre alte Frage über das Wesen des Lichts. Ist das Licht Welle oder Teilchen ?
Wenig bekannt ist , das Newton der Auffassung war, dass Licht sowohl Welleneigenschaften als auch Teilcheneigenschaften hat. Die Frage wurde endgültig in den ersten drei Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts mit der Entwicklung der Quantenmechanik beantwortet. Je nach experimenteller Situation erscheint das Licht als Welle oder Teilchen. Bohr prägte das Bild vom Welle-Teilchen Dualismus. Der Dualismus wäre dann zu vergleichen mit der Vorderseite und der Rückseite einer Münze. Erst wenn man die Münze auf den Kopf stellt und schnell dreht, dann zerfließt die Vorder- und die Rückseite zu einem Bild. Man sieht dann sowohl die Vorder- als auch die Rückseite.

Schlüssel zur Erklärung des Wesens des Lichts, war die Entdeckung des Wirkungsquantums h und die konsequente Anwendung auf alle möglichen experimentelle Situationen. Die Beziehung von de Broglie

Impuls = h / Lambda

ist gewissermaßen der Kompass, um den Dualismus des Lichts aufzuspüren. Die Größe des Wirkungsquantums, die experimentell bestimmt wurde, legte nahe , daß auch das Elektron Welleneigenschaften haben sollte. Die Welleneigenschaft des Elektrons war für Schrödinger die Grundlage für seine berühmte Schrödinger-Gleichung, die elegant das Spektrum des Wasserstoff-Elektrons erklären sollte. Mit der Entwicklung des Elektronenmikroskops wurde die Vision von der Welleneigenschaft des Elektrons dann schließlich auch Realität.

Die Wirkung als das Produkt aus Energie x Zeit hat sich im Laufe der Zeit als eine physikalische Größe herausgestellt , die den anfänglichen Widerspruch zwischen Welle und Teilchen überwinden konnte.

Höhepunkt der wissenschaftlichen Entwicklung war schließlich die Formulierung der Unbestimmtheitsrelation von Heisenberg.

E * t > h und mv * x > h

Diese Unschärferelation mit dem endlichen Wirkungsquantum h hat zur Folge, dass es den Massepunkt nicht geben kann. Jeder Masse muss eine Wellenlänge zugeschrieben. So hat die größte Masse, die Plankmasse die kleinstmögliche Wellenlänge oder " String" , die Plancklänge 10^-35 m.

Wenn der Welle-Teilchen-Dualismus besagt, dass ein Teilchen, wie das Photon oder das Elektron, sowohl Welle als auch Teilchen-Eigenschaften hat, dann kann man sich einen Drehknopf vorstellen, der die Frequenz verstellt. Wird z.B. beim Licht die Frequenz immer höher gedreht, dann wird der Photonencharakter immer sichtbarer. Licht im Röntgen- und Gammastrahlenbereich wird als echter Teilchenstrom von harten Photonen gesehen.

Übertragen wir den Gedankengang auf die Supersymmetrie. Der Drehknopf vermittelt dann zwischen Fermionen-Eigenschaft und Bosonen-Eigenschaft eines Teilchens. Es gibt einen Dualismus zwischen Unterscheidbarkeit und Ununterscheidbarkeit, man könnte auch sagen zwischen Ordnung und Chaos. Dieser Dualismus wird durch das Entropiequantum k , der Boltzmannkonstante bestimmt.

Auch hier gibt es eine Unschärfe .

S * ln W^-1 > k ,

wobei ln w^-1 mit der Information H gleichgesetzt werden kann.

Es gibt eine untere Grenze der Entscheidbarkeit, die durch k bestimmt wird.

Damit kann auch kein Teilchen rein fermionisch sein. Es ist immer mehr oder weniger auch bosonisch.

Woran erkannt man den Bosonenanteil von Fermionen ? Das u-Quark ist z.B. kein reines u- Quark, sondern es enthält auch Anteile des c-Quarks und des t -Quarks. Die Quarkmischung ist ein Hinweis darauf , dass der Drehknopf der Supersymmetrie in Richtung der Bosonenhaftigkeit verstellt worden ist.

Das Elektron mit seiner hohen Massenschärfe und seiner langen Lebenszeit wäre nach dieser Betrachtungsweise in hohem Maße fermionisch, aber natürlich nicht zu 100 % wegen der Unschärfe der Entscheidbarkeit.

So wie das Elektron aufgrund seiner kleinen Masse sich sowohl als Welle als auch als Teilchen zeigen kann, so wird es auch Teilchen geben, die sich als eine Mischform von Fermion und Boson zeigen. Es wäre interessant darüber nachzudenken, welche Voraussetzungen hierzu erfüllt sein müßten.

Das Standardmodell der Elementarteilchen fasst das Wissen unserer Zeit über den Aufbau der Materie in wenigen Formeln zusammen und stellt eine der größten Gemeinschafts-Leistungen der Physik dar. Obwohl bisher kein Experiment den Voraussagen des Standardmodells widerspricht , wird es doch allgemein als noch nicht vollständig betrachtet. Es hat 17 freie Parameter. So müssen u.a. die experimentell bestimmten Massen der Quarks und Leptonen per Hand eingegeben werden.

Im Standardmodell haben Quarks, Leptonen und Bosonen die Masse 0 im Widerspruch zu den experimentell gemessenen Werten des Massenspektrums. Die Masse gehört irgendwie nicht zum Standardmodell, so wie es sich zur Zeit darstellt. Es muss erweitert werden.

Das Standardmodell wird in der Planckwelt-Theorie erweitert zur 5-dimensionalen Raumzeit. Die 5. Dimension ist die Temperatur. Die Temperatur ist ein Maß für ungeordnete Schwingungen, die mit einer imaginären Frequenz schwingen.

Die kosmische Temperatur als eine Dimension jenseits der 4-dimensionalen Raumzeit ist schon lange Gegenstand wissenschaftlicher Forschung. So wurde mit dem Hubble-Weltraumspektroskop akribisch die kosmische Hintergundstrahlung vermessen. Zu aller Überraschung fand man das Frequenzspektrum eines Schwarzen Strahlers mit der Temperatur von 2.7 °K . Die berühmten Ergebnisse gaben den Ausschlag für das heiße Urknallmodell.

Wenn wir uns beim Welle-Teilchen-Dualismus einen Drehknopf vorstellen , mit dem die Frequenz verändert werden kann, was müssen wir uns dann beim Fermionen- Bosonen- Dualismus , beim Dualismus Ordnung - Chaos , vorstellen ? Es ist der Drehknopf mit der Veränderung der imaginären Frequenz, die mit der kosmischen Temperatur gleichzusetzen ist.

Mit steigender Temperatur wird die Welt immer bosonischer. Materie verwandelt sich in Kraft. Der Drehknopf hat dann beim rechten Anschlag die Plancktemperatur erreicht . Die Urkraft ist erreicht.

Nach diesen Vorstellungen leben wir in einer 5-dimensionalen Raumzeit, wobei die 5. Komponente die Temperatur ist . Das Standardmodell ist thermodynamisch erweitert worden.

Das ist zu vergleichen mit einem Billiardspiel. Die angestoßenen Kugeln unterliegen dem Energie- und Impulserhaltungssatz in einer 4-dimensionalen Raumzeit. Nur wundert man sich, dass die Kugeln nach einiger Zeit ihre kinetische Energie verloren haben und schließlich stillstehen. Die kinetische Energie hat sich durch Reibung in Wärme verwandelt. Energie verschwindet in die 5. Dimension . Die Temperatur steigt.

Nach diesem supersymmetrischen Modell haben die Quarks und Leptonen des Standardmodells in der 4-dimensionalen Raumzeit die Massen 0 . Die Massen, die experimentell gemessen werden, sind dann der 5. Komponente einer 5-dimensionalen Raumzeit zuzuordnen. Die Temperatur ist ein Skalar und richtungslos. Wird den Teilchen eine Struktur zugewiesen, dann haben die Teilchen auch eine NegEntropie. In einem Temperaturfeld wird dann thermodynamische Massenenergie erzeugt. Die Teilchen, so wie wir sie kennen haben einen fermionischen und einen bosonischen Anteil, genauso wie sie sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter haben.

Supersymmetrie ist in unserer Welt realisiert. Nur ist sie verborgen, weil wir das Standardmodell isothermisch verstehen. Erst wenn wir die kosmische Temperatur in ihrer ganzen Breite verändern, macht sich die Supersymmetrie bemerkbar. Wenn sich mit steigender Temperatur Materie in Strahlung verwandelt, dann erscheint auch das Problem der fehlenden Antimaterie im neuen Licht .

Ein ähnliches Verständnis haben wir durch Einstein von Raum und Zeit gewonnen. Raum und Zeit sind zwei unterschiedliche Ansichten der Bewegung. Verändern wir die Geschwindigkeit am Drehknopf, verwandelt sich Raum in Zeit . Die zugehörige Symmetrie ist die Raumzeit. Mit den Navigationssystemen haben wir erstmals ein System aus dem Alltag , bei dem die relativistischen Effekt berücksichtigt werden müssen.

In der Planckwelt-Theorie haben die über 200 Teilchen des Standardmodells, die Quarks, Leptonen und Bosonen, eine Ladungssubstruktur. Die Fermionen , die Quarks und Leptonen, unterscheiden sich alle in dieser Ladungssubstruktur. Vorstellbar ist nach der Planckwelt-Theorie ein Urteilchen in einem 6-dimensionalen Ladungsraum. Der Massepunkt, so wie wir ihn kennen, hat nicht die Dimension 0 , sondern er besitzt 6 innere Dimensionen. Dem Urteilchen mit seinen 6 Ladungszahlen können alle über 200 Teilchen des Standardmodells eindeutig zugeordnet werden.

Die Ladung ist nicht nur Bestandteil eines Teilchens, sondern sie ist auch Quelle und Senke der vier Kräfte. Damit vereint in der Planckwelt-Theorie die Ladung Materie mit der Kraft im Sinne der Supersymmetrie.

Die 6 Ladungen polarisieren das Vakuum, und diese Vakuumpolarisation ist abhängig von der kosmischen Temperatur. Dreht man den Drehknopf der Supersymmetrie nach rechts, dann vereinigen sich die Schritt für Schritt die Ladungen bis zur Urladung am Anfang der Welt. Und diese Urladung ist die Wärme ( = Entropie) . Mit der Wärme fängt alles an. Aus ihr entwickeln sich mit beim Abkühlen des Universums die einzelnen Kräfte, so wie wir sie kennen.