Physik : Supercomputer beweisen Einsteins Formel E=mc²

In einer der umfangreichsten Computerberechnungen aller Zeiten hat eine Forschergruppe Einsteins Spezielle Relativitätstheorie auf subatomarer Ebene bewiesen. Und nicht nur das: Auch das Rätsel, wo die Masse von Protonen steckt, ist damit gelöst.

LondonEuropäische Wissenschaftler haben den Beweis geliefert, dass die berühmte Masse-Energie-Formel von Albert Einstein auch auf subatomarer Ebene gilt. Mit der Formel E=mc², also dass Masse in Energie und umgekehrt umgewandelt werden kann, lasse sich erklären, warum die Bestandteile von Protonen eine geringere Masse haben als das gesamte Teilchen, schrieben Physiker aus Deutschland, Frankreich und Ungarn in einem am Freitag in der Fachzeitschrift "Science" veröffentlichten Beitrag. 95 Prozent der Masse von Protonen stammt demnach aus der Bewegungsenergie und Wechselwirkung von Teilchen, die sie bilden.

Die Forscher mussten für ihren Beweis 103 Jahre nach Einsteins Spezieller Relativitätstheorie ein ganzes Netzwerk der größten Supercomputer der Welt einsetzen, darunter auch den des Kernforschungszentrums Jülich und der Universität Wuppertal. "Diese Berechnungen waren mit die umfassensten Computerberechnungen, die jemals gemacht wurden", erklärte das französische Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS).

Wo ist die Masse des Protons, wenn die Bestandteile fast nichts wiegen?

Nach dem gängigen Modell der Teilchenphysik enthalten Protonen im Atomkern kleinere Teilchen namens Quarks, die wiederum durch so genannte Gluonen aneinander gebunden sind. Ungeklärt war bisher, wie aus ihnen die Masse von Protonen entstehen kann: Denn Gluonen haben keine Masse und die Quarks machen nur fünf Prozent der Masse aus.

Mit ihrer Antwort, dass die Masse von Protonen aus der Bewegungsenergie und Interaktion von Quarks und Gluonen stammt, belegen die Forscher Einsteins Spezielle Relativitätstheorie von 1905 auf subatomarer Ebene: Auch dort sind Energie und Masse äquivalent. "Bisher war das eine Hypothese", erklärte das CNRS. "Es wird nun zum ersten Mal untermauert." Die Forscher hätten damit bewiesen, dass Einsteins Theorie zutrifft, "um die Herkunft der Masse dieser Teilchen zu bestimmen und damit 99 Prozent des sichtbaren Universums - die Sonne, die Erde, uns selbst und alle Dinge die uns umgeben eingeschlossen".

Um den Beweis zu liefern, waren hochkomplizierte Berechnungen mit Hilfe der so genannten Quantenchromodynamik über starke Wechselwirklungen nötig: Basis sei ein Modell gewesen, "das Raum und Zeit als Teil eines vierdimensionalen Kristallgitters darstellt, mit diskreten Punkten, die entlang Spalten und Reihen verteilt wurden". (goe/AFP)