Renormierung

Unendliches Als sich Theoretiker ans Rechnen mit relativistischen Quantenfeldern machten, wurden viele Ergebnisse unendlich groß: so etwa die elektrische Ladung und Masse des Elektrons. Diese Unendlichkeiten entstehen wie folgt: Teilchen sind im Mikrokosmos von unzähligen anderen Teilchen umgeben. Wenn sich ein Elektron bewegt, strahlt es Photonen ab, die es kurz danach wieder einfängt: Eine Photonenwolke bildet sich um das Elektronen. Diese Photonen können jedoch auch wieder Teilchen-Antiteilchen-Paaren bilden. Die können auch wieder strahlen. Und so weiter. Und so fort. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, auf denen das alles passieren kann. Die Rechenregeln der Quantentheorie besagen nun, dass man all diese Möglichkeiten addieren muss. Und das liefert am Ende das unendlich große Ergebnis.

Unter den Teppich kehren Die Unendlichkeiten brachten die relativistischen Quantenfeldtheorien in arge Bedrängnis. Doch einige Physiker – darunter Richard Feynman – bügelten sie aus der Theorie. Sie fanden in den 1940er Jahren einen Kunstgriff, den sie „Renormierung“ nannten. Die Physiker kehrten dabei die Unendlichkeiten unter den Teppich: Sie gaben nicht den Theorien, sondern dem Universum die Schuld an allen Unendlichkeiten. So ist die eigentliche Masse von Elektronen seit Urzeiten minus unendlich. Weil nun aufgrund der Teilchenwolken eine positiv unendliche Masse hinzukommt, ergibt sich am Ende genau die Differenz zwischen zwei Unendlichkeiten: die Masse des Elektrons, wie man sie im Labor misst. Was hier nach einem Schildbürger-Streich klingt, fabriziert Theorien mit verblüffendem Erfolg: Quantenfeldtheorien gehören zu dem Genauesten, was sich die Menschheit bisher ausgedacht hat.