Graviton

Das Graviton ist das hypothetische Austauschteilchen der Gravitation. So wie Photonen die elektromagnetische Kraft und Gluonen die starke Kernkraft übertragen, soll das Graviton die Schwerkraft vermitteln. Aus der Theorie ergibt sich ein klares Steckbriefbild: Es hätte den Spin 2, wäre masselos und würde sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

Doch hier beginnt das eigentliche Problem, eines der größten der ganzen Physik. Die Gravitation lässt sich bisher nicht so quantisieren wie die anderen drei Grundkräfte, die im Standardmodell sauber als Quantenfeldtheorien beschrieben sind. Jeder Versuch, eine Quantenfeldtheorie der Schwerkraft aufzustellen, führt zu mathematischen Unendlichkeiten, die sich anders als bei der Quantenelektrodynamik nicht durch Renormierung beseitigen lassen. Ob Gravitonen wirklich existieren, gehört damit zu den großen offenen Fragen der theoretischen Physik.

Ein einzelnes Graviton nachzuweisen, wäre mit heutiger Technik praktisch aussichtslos, denn die Gravitation ist rund sechsunddreißig Größenordnungen schwächer als die elektromagnetische Kraft. Schon Freeman Dyson argumentierte, ein Detektor für ein einzelnes Graviton sei womöglich physikalisch unmöglich zu bauen. Wichtig ist die Unterscheidung: Die seit 2015 von LIGO gemessenen Gravitationswellen sind klassische Wellen der Raumzeit und nicht dasselbe wie der Nachweis eines einzelnen quantisierten Gravitons.

Unter den Lösungsansätzen ragt die Stringtheorie heraus, weil sie ganz von selbst ein masseloses Spin-2-Teilchen enthält, das sich zwanglos als Graviton deuten lässt, was viele als Punkt zu ihren Gunsten werten. Die Schleifen-Quantengravitation geht einen anderen Weg. In der Science-Fiction dienen Gravitonen gern als Grundlage für künstliche Schwerkraft, Traktorstrahlen und Deflektorschilde, etwa in Star Trek, wo Graviton-Emitter zur Standardausrüstung gehören.