Die fabelhafte Welt der Mathematik: Wie abstrakte Mathematik die Teilchenphysik rettete

Mit den ersten Teilchenbeschleunigern entdeckten Physiker etliche rätselhafte Objekte. Die Mathematik liefert eine einfache Antwort auf ihre Fragen.

Doch die Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932 durch James Chadwick brachte dieses einfache Bild ins Wanken. Chadwick erkannte, dass das neu identifizierte Teilchen ohne elektrische Ladung gemeinsam mit dem positiv geladenen Proton den Atomkern aufbaut. Aber was band diese beiden subatomaren Objekte aneinander, wenn nicht die elektromagnetische Kraft? Zu diesem Zeitpunkt wurde klar, dass das physikalische Weltbild unvollständig war.

Einige Gruppen formen ein Sechseck, wobei zwei der Teilchen in dessen Mittelpunkt liegen. Gell-Mann fand mehrere solcher »Oktetts« vor, aber auch »Dekupletts«, bei denen sich zehn Teilchen in Form eines Dreiecks ordnen. In einem der Dekupletts schien ein Teilchen zu fehlen: Eine Stelle des Diagramms war noch unbesetzt.

Für Physiker, die an konkreten Ergebnissen interessiert sind, war die Gruppentheorie anfangs ein Buch mit sieben Siegeln. Viele Konzepte schienen so abstrakt, dass sie kaum offensichtliche Anwendungen hatten. Das änderte sich, als der Physiker Eugene Wigner in den 1930er Jahren und später auch Gell-Mann den enormen Nutzen der Theorie für die Physik erkannten.Eine Gruppe ist zunächst eine Menge: eine Sammlung von Objekten.

Zusammen mit seinem Kollegen George Zweig stellte Gell-Mann eine kühne Vermutung auf: Diese Objekte könnten noch unbekannte Elementarteilchen sein. Die beiden Physiker legten nahe, dass das Proton, das Neutron, die Kaonen und der ganze übrige Teilchenzoo gar nicht elementar sind, sondern alle aus denselben drei Grundbausteinen bestehen, den »Quarks«. Diese sollten in drei verschiedenen Sorten vorkommen und somit die beobachtete SU-Symmetrie erzeugen.

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