Lisa Randall über CERN

Das Universum, das eine Nasenlänge vor uns liegt

Lisa Randall, die zurzeit weltweit führende theoretische Physikerin und Expertin für Teilchenphysik und Kosmologie, erhofft sich vom Large Hadron Collider (LHC) des CERN, der am 21. Oktober 2008 bei Genf (Schweiz) offiziell seinen Betrieb aufnimmt, den Nachweis von Extradimensionen.
Inhalt des Artikels
Bald nimmt das LHC ganz offiziell seine Arbeit auf

Bald nimmt das LHC ganz offiziell seine Arbeit auf

Das Universum, das eine Nasenlänge vor uns liegt

"Die Welt ist nicht so, wie wir sie sehen"

Jedes Bakterium, jede Amöbe und jedes Pantoffeltierchen, das im Mikrokosmos beheimatet ist, kann mit Fug und Recht behaupten, einen Teil der realen Welt zu erleben. So wenig wir deren Kosmos auf Mikrobenniveau wahrnehmen können, so wenig haben just diese Kleinstlebewesen von den Kosmen über oder unten ihnen Kenntnis, und genauso wenig haben wir die leiseste Ahnung von den Universen und Dimensionen neben uns. „Ich denke, dass wir diesen Aspekt oft vergessen. Wir denken, dass die Welt so ist, wie wir sie sehen“, sagt Lisa Randall, die an der Harvard-Universität in Cambridge (Massachusetts/USA) lehrt und forscht.

Verschlossene höhere Dimensionen

Was Randall abseits vom Diesseits so brennend interessiert, sind Extradimensionen, sprich Dimensionen, die neben den uns drei bekannten räumlichen (Höhe, Länge, Breite) in einem höherdimensionalen Raum eingebettet sind. Denn nur ein paar Zentimeter weiter könnte ein anderes Universum existieren, das uns unsichtbar umgibt. Unter, über oder neben uns könnte sich eine andere Welt zu winzigen Schleifen aufgerollt haben – vielleicht nur eine Nasenlänge voraus, aber dennoch unerreichbar fern und absolut unzugänglich. „Diese unsichtbaren Dimensionen könnten flach und gerade sein, wie die, die wir kennen, oder gewellt wie Reflexionen in einem Spiegelkabinett. Sie könnten sehr klein sein, viel winziger noch als ein Atom, oder auch unbegrenzt groß und trotzdem schwer aufzuspüren sein.“ Um sich ein Bild davon zu machen, wie diese aus unserem 3D-Blickwinkel strukturiert sein könnten, greift Randall auf einen imaginären Strohhalm zurück. Aus der Ferne sähen wir den Strohhalm als eindimensionale Linie, aus der Nähe jedoch als zweidimensionale Fläche, die einen Zylindermantel bildet. Bei noch näherer Betrachtung offenbarte er dann seine wahre Natur und gäbe sich als dreidimensionale kleine Röhre mit einer Wand zu erkennen.
An Alternativmodellen, die das Aussehen bzw. die Form des Universums auf zweidimensionale Weise abzubilden versuchen, mangelt es fürwahr nicht. Jetzt sollen neben oder über unserem 3D-Universum noch weitere Dimensionen existieren.

An Alternativmodellen, die das Aussehen bzw. die Form des Universums auf zweidimensionale Weise abzubilden versuchen, mangelt es fürwahr nicht. Jetzt sollen neben oder über unserem 3D-Universum noch weitere Dimensionen existieren.

Mehr Dimensionen

Die Idee, dass neben den uns vertrauten drei Dimensionen eine weitere existiert, entwickelte bereits 1920 der deutsche Physiker Theodor Kaluza (1885-1954). Sechs Jahre später wartete der schwedische Physiker Oskar B. Klein (1894-1977) mit einem Modell auf, dem zufolge wir deshalb keine zusätzlichen Dimensionen wahrnehmen können, weil diese in sich aufgerollt und daher viel zu winzig sind. In Anlehnung an Kaluzas und Kleins Theorie und mit Blick auf die Einstein’sche Relativitätstheorie, der zufolge Energie und Masse den Raum krümmen und die Zeit dehnen, fanden Randall und ihr Kollege Raman Sundrum heraus, dass die Raumzeit einer weiteren Dimension derart verbogen und verzerrt sein könnte, dass sie sogar bei unendlicher Größe unauffindbar wäre. Demnach existierte eine vierte räumliche Dimension, die zwar infolge ihrer extremen Krümmung unsichtbar wäre, sich aber über die Schwerkraft verriete. Randall und Sundrum schreiben eben dieser Kraft im 4D-Konzert der Dimensionen eine gesonderte Schlüsselrolle zu: Die Gravitation und nicht etwa die Partikel und Felder des Standardmodells der Teilchenphysik sind raumübergreifend. Die Schwerkraft ist die einzige Kraft, die die fünfte Dimension durchdringt und sich durch diese bewegt. Aus diesem Grunde ist sie in unserem Universum auch so schwach ausgeprägt, dagegen in einer Sektion des vierdimensionalen Raums (und fünfdimensionaler Raumzeit) sehr stark ausgebildet. Hier käme der gravierende Einfluss der Gravitation vollends zum Tragen.

Der Kosmos beginnt, seine Geheimnisse preiszugeben

So fantastisch dieser Ansatz auch anmutet – es besteht eine echte Chance, die Existenz zusätzlicher Dimensionen nachzuweisen. Mithilfe des Large Hadron Colliders (LHC), der seine reguläre Arbeit alsbald aufnimmt, könnte dieser Coup gelingen, könnten Wissenschaftler, so Randall, endlich „in physikalische Regionen vordringen, die noch nie zuvor ein Mensch beobachtet hat“. Und dabei könnten jene legendären Teilchen in unserer 3D-Welt in Erscheinung treten, die aus einer anderen Welt stammen und deren Masse gemäß „höherdimensionaler“ Modelle so hoch ist, dass die alte und junge Generation der Teilchenbeschleuniger sie bislang nicht aufzuspüren vermochte. Diese Kaluza-Klein-Partikel könnte das LHC dank seiner Leistungsfähigkeit nachweisen. Als vierdimensionale Gebilde, die 1000-mal kleiner sind als ein Proton und ihren Ursprung in höheren Dimensionen haben, könnten die KK-Teilchen im LHC in Gestalt extra schwerer Partikel auftauchen. Deren Anwesenheit würde auf verzerrte Extradimensionen hindeuten und zugleich die Schwäche der Schwerkraft erklären, die in unserem Universum vorherrscht. Randall glaubt, dass dies gelingen wird: „Der Kosmos wird beginnen, seine Geheimnisse preiszugeben. Was mich betrifft: Ich kann es kaum erwarten.“

Näheres zum Aufbau und zur Funktionsweise des LHC siehe: www.weltderphysik.de/de/351.php


Dr. Harald Zaun ist Wissenschaftsjournalist und Buchautor in Köln

Links:

Theodor Kaluza:
termessos.de/PIX/Kaluza/NZZ_Onlineed.html

Oskar B. Klein:
www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Klein_Oskar.html

Raman Sundrum:
physics-astronomy.jhu.edu/people/faculty/sundrum.html

Large Hadron Collider (LHC):
lhc.web.cern.ch/lhc/

CERN:
www.cern.de/

Literatur:
Lisa Randall: Warped Passages. Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions. New York 2005, ISBN 0-06-053108-8 (auf deutsch erschienen im Oktober 2006 unter dem Titel: Verborgene Universen. Eine Reise in den extradimensionalen Raum, S. Fischer Verlag, ISBN 3-10-062805-5)