Alles Sichtbare im Universum besteht aus drei Elementarteilchen: Up-Quarks, Down-Quarks und Elektronen und alle haben Masse. Das Standardmodell beruht jedoch auf masselosen Teilchen. Aber ohne Masse wäre nichts so wie es ist. Als Erklärung für dieses "Dilemma" hatten Teilchenphysiker schon in den 1960er Jahren ein bahnbrechende Theorie entwickelt: Das Universum ist mit einer Art "Sirup" gefüllt, dem Higgs-Feld. Dieses Feld bremst die durchfliegenden Teilchen und dadurch erhalten die Teilchen ihre Masse. Je stärker die Teilchen mit dem Higgs-Feld reagieren, desto mehr Masser erhalten sie.
Peter Higgs erkannte in den 1960er Jahren, dass mit diesem Feld auch Teilchen verbunden sein müsste - daher der Name Higgs-Boson. 2012 war es dann soweit. Es gelang den Experimenten ATLAS und CMS am CERN der Nachweis dieses Higgs-Teilchens.
2013 wurde infolge dessen der Nobelpreis für Physik an Peter Higgs und François Englert für die Entdeckung des theoretischen Mechanismus, der zu unserem Verständins des Ursprungs der Masse von fundamentalen Bausteine der Materie beiträgt, verliehen.
Die Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC stellt einen wichtigen Meilenstein im Verständnis des Universums dar.
Zu jedem elementaren Materieteilchen, d.h. allen Quarks und Leptonen, gibt es auch ein zugehöriges Antiteilchen. Diese Teilchen kann man sich als Spiegelbilder der üblichen Materie vorstellen, indem sie die genau umgekehrten Eigenschaften haben. Zum Beispiel ist die Ladung der Antiteilchen denen der zugehörigen Teilchen entgegengesetzt. Die Anti-Quarks können sich ebenfalls zu Anti-Hadronen kombinieren, etwa Anti-Protonen. Die Existenz und die Eigenschaften dieser seltsamen Materieform wurden durch die Theorie schon vor ihrer Entdeckung vorhergesagt.
Treffen Teilchen und zugehöriges Antiteilchen aufeinander, löschen sie sich gegenseitig aus. Übrig bleibt nur Energie. Da dies nicht ständig um uns herum geschieht, ist unser stabiles Universum also die Folge eines kleinen Materieüberschusses dessen genaue Ursache noch ungeklärt ist. Antiteilchen können in der kosmischen Strahlung oder bei Experimenten der Teilchenphysik erzeugt werden.
Die Materie unseres Universums wird dominiert von der sogenannten "Dunklen Materie", die man nur aus indirekten Beobachtungen kennt. Sie wird zum Beispiel durch ihre Gravitationswirkung auf astronomische Objekte oder durch die Ablenkung von Lichtstrahlen indirekt erkennbar.
Nur etwa 5% unseres Universums besteht aus der uns bekannten Materie, wie sie im Standardmodell beschrieben ist. Der Rest ist Dunkle Materie und Dunkle Energie.
Mit einer ganzen Reihe von Experimenten wird derzeit versucht Dunkle Materie aus unserer Galaxis in Form von Rückstoßstreuprozessen an Atomkernen auch direkt zu beobachten. Außerdem erhoffen sich die Forscherinnen und Forscher in Teilchenbeschleunigern Dunkle Materie im Labor zu produzieren.
Eines dieser Experimente ist das CRESST-Experiment in einem der größten Untergrundlaboratorien der Welt, dem LNGS (Laboratori Nazionali dell Gran Sasso) in Italien.
Dark Matter Simulation:
http://www.cafe-emma.at/galaxydemo/
Es existiert eine Vielzahl alternativer Modelle, aufgrund derer das etablierte Standardmodell lediglich um weitere Ansätze erweitert wird, um einige Probleme besser beschreiben zu können, ohne sein Fundament zu verändern. Bisher konnte jedoch noch keine der Theorien nachgewiesen werden.
Die bekanntesten Ansätze für neue Modelle sind:
Großen vereinheitlichten Theorie (GUT), Supersymmetrie (SUSY), Quantengravitation, Stringtheorien, Schleifenquantengravitation.