Die vierdimensionale Raumzeit der Einsteinschen Relativitätstheorie beschreibt die Dynamik von Elementarteilchen und andere Probleme der modernen Physik nur unzureichend. Das glauben zumindest zwei theoretische Physiker von der Universität von Südkalifornien in Los Angeles. In einer theoretischen Studie schlagen sie vor, das Standardmodell der Elementarteilchenphysik um eine weitere Raum- und sogar eine weitere Zeitdimension zu erweitern. Ihnen zufolge lassen sich so Wechselwirkungen zwischen Quarks ohne die Hypothese eines bisher unentdeckten Teilchens beschreiben.
Dass die Allgemeine Relativitätstheorie nicht mit der Quantenmechanik in Einklang gebracht werden kann, ist schon länger bekannt. Forscher versuchen daher schon seit vielen Jahrzehnten, das Standardmodell der Elementarteilchenphysik so zu erweitern, dass alle Naturkräfte erklärt werden können. Die bekannten Stringtheorien zum Beispiel postulieren, dass neben den wahrnehmbaren drei Raumdimensionen noch weitere, in sich geschlossene oder viel kleinere Dimensionen vorhanden sind.
Itzak Bars und Yueh-Cheng Kuo gehen in ihrer Studie noch einen Schritt weiter und schlagen vor, auch der Zeit eine zweite Dimension zu verpassen. Ihre Raumzeit besteht aus zwei Zeitdimensionen und vier Dimensionen des Raumes. Die Forscher zeigen, dass sich durch diese Annahmen die Dynamik bestimmter Wechselwirkungen von Elementarteilchen besser als mit bisherigen Theorien erklären lassen.
Bars zufolge erklärt die neue Theorie auch auf einfache Weise schon seit längerem vermutete Symmetrien in den Wechselwirkungen der Elementarteilchen, die bisher nur mit komplizierten Hypothesen des Gebäudes der Supersymmetrie ausgedrückt werden konnten. Selbst die Dynamik der Himmelskörper kann durch die zweite Zeitdimension besser beschrieben werden ? so etwa der Umstand, dass die elliptischen Bahnen der Planeten im Raum stationär sind.
Die Forscher wollen weitere Vorhersagungen ihrer Theorie nun mithilfe von Computersimulationen der Wechselwirkungen von Elementarteilchen in der erweiterten Raumzeit überprüfen. Noch ist allerdings nicht klar, ob und wenn ja, wann die Theorie mit experimentellen Tests verifiziert werden kann.
Physical Review Letters, in press Stefan Maier
