PDF - THEP Mainz

Motivation
Seit nunmehr fast vierzig Jahren erlebt das Standardmodell der Elementarteilchen [1, 2,
3, 4, 5, 6, 7] einen unvergleichlich erfolgreichen Siegeszug im Hinblick auf Vorhersagen
und Nachprüfbarkeit. Keine andere Theorie in irgendeinem Teilgebiet der Physik kann mit
seiner breitgefächerten Vorhersagekraft konkurrieren. Die Entdeckung des top-Quarks [8],
der W − und Z−Bosonen [9] sowie die Quarkmischung [10, 11] sind nur einige Beispiele,
in denen sich die Symmetrie der theoretischen Formulierung des Modells in der Natur
wiederspiegelt. Insgesamt werden die Phänomene der elektroschwachen und starken Wechselwirkungen
mit hoher Präzision erklärt und beschrieben. Und doch gibt es vereinzelt
Fragestellungen, auf die das Standardmodell keine rundum zufrieden stellende Antwort
liefert und wie ein mehr oder weniger zufällig zusammengestelltes Regelwerk erscheinen
lässt. Da wir uns in einer Zeit befinden, in der wir immer dichter an die Entdeckung
neuer Teilchen bzw. neuer Wechselwirkungen heranreichen, besteht die konkrete Hoffnung
auf baldige Beantwortung der offenen Probleme und Fragen u.a. durch Experimente an
Hadronbeschleunigern wie dem Tevatron 1 , dem LHC 2 oder dem ILC 3 .
Vor allem durch Hochenergieexperimente mit kosmischer Strahlung, beschleunigten Teilchen,
aber auch durch Miteinbeziehen der astrophysikalischen Beobachtungen, tasten wir
uns weiter an die Antworten zu den fundamentalen Fragestellungen heran:
Wieso kommen die Elementarteilchen in einem Schema vor, das sich mindestens dreimal zu
wiederholen scheint, obwohl eine Generation von Teilchen zum Aufbau der Materie völlig
ausreichend ist? Sollte das Ergebnis von LSND [12, 13], welches durch KARMEN [14] nicht
bestätigt wurde, durch MiniBoone [15] bekräftigt werden, ist es wahrscheinlich, dass wir
uns sogar mit vier Neutrinoarten befassen müssen 4 . Zum augenblicklichen Zeitpunkt ist
der Higgs-Mechanismus [17, 18] zwar vielerorts akzeptiert, weil er sich widerspruchsfrei in
das Standardmodell eingliedern lässt und zusätzlich sowohl eine Erklärung für die Masse
der Eichbosonen als auch eichinvariante Massenterme für die Materiefelder liefert, jedoch
fehlt die experimentelle Evidenz der Existenz des Higgs-Bosons und somit die wesentliche
Grundlage. Spielen vielleicht andere skalare Multipletts (doppelt geladene, mehrere Dubletts,
Tripletts, usw.) in diesem Sektor eine Rolle? Wieso ist es so eingerichtet, dass die
Quarkmassen innerhalb einer Generation nur wenig variieren, die Massen der von Lepton
und zugehörigem Neutrino allerdings um viele Größenordnungen auseinanderklaffen? Im
1 Tera eV synchrotron am Fermilab, Chicago
2 Large Hadron Collider am CERN, Genf
3 International Linear Collider, dessen Lokalisierung bisher nicht feststeht.
4 Erste Ergebnisse werden in 2006 erwartet [16].