Der Bauplan der Materie – auf der Suche nach dem Higgs

Schon die antiken Griechen waren seit der Lehre des Unteilbaren, die auf Demokrit
(460-371 v. Chr.) zurückgeht, davon überzeugt, dass die uns umgebende materielle Welt sich auf etwas Kleinstes, nicht weiter Teilbares reduzieren ließe.
Die Idee vom Unteilbaren („atomos“) war letztlich das Ergebnis von eher philosophischen Überlegungen, denen allerdings auch experimentelle Versuche vorangingen. 450 v. Chr. führte der griechische Philosoph Empedokles das erste historisch verbürgte Experiment zum Nachweis von Luft durch. Das schon zu diesen Zeiten seit Jahrhunderten bekannte Haushaltsutensil, die Klepsydra, diente zum Sammeln von Wasser, indem man die Klepsydra ins Wasser taucht, sie volllaufen ließ und dann das rohrartige Ende mit einem Finger verschloss.

Das Wasser wurde so daran gehindert auszulaufen. Aber welche Rolle spielte dabei die Luft? Empedokles Schlussfolgerung war zunächst: Es existiert etwas, was wir als Luft bezeichnen würden. Die nächste Folgerung war die: Wenn Luft existiert, so müsste dieses „Element“ aus etwas Kleinstem, Unteilbarem bestehen.
Denn wäre Luft aus beliebig kleinen, also letztlich auch unendlich kleinen Teilen zusammengesetzt, könnte die Klepsydra so nie funktionieren.
Man könnte die Klepsydra nie so gut mit einem Finger abdichten, dass auch die unendlich kleinen Teile der Luft nicht in die Klepsydra schlüpfen würden.
Da das Abdichten des oberen Endes der Klepsydra aber funktionierte, waren die unteilbaren Teile der Luft offenbar zu groß, um durch die Dichtung hindurchzuschlüpfen. Die Luft bestand demnach also in diesem Sinne aus Atomen.
Man hätte ein ähnliches Experiment auch mit Gefäßen durchführen können, die man auf ihre Dichtigkeit bezüglich Flüssigkeitsausfluss getestet hätte. Da aber die Luft „unsichtbar“ ist, glaubte Empedokles, wenn die Bestandteile der Luft schon so klein wären, dass man sie nicht sehen könnte, dass diese dann bestimmt die besten Kandidaten wären, auf die die Beschreibung „atomos“ passen könnte.
Diese Vorstellung von Atomen hatte, nicht zuletzt durch jahrhundertelange kirchliche Indoktrination, weit über 2000 Jahre nahezu unverändert Bestand.

Erst 1869 gelang es Mendeleev, aus den bis dato bekannten chemischen Elementen eine Systematik zu formen, die als „Periodensystem“ bekannt ist. Das Periodensystem weist den chemischen Elementen die unterscheidbaren Eigenschaften Masse und Ladung zu und ordnet sie danach an. Die kleinste Masseneinheit ist dabei die sog. Atommasse u, so dass die Massen aller Elemente als ein ganzzahliges Vielfaches von u benannt werden.

Ebenso wird für jedes Element die Ordnungszahl als ganzzahliges Vielfaches von 1 benannt.
Die Tatsache, dass sich alle bekannten Elemente derart in ein Schema einordnen ließen, deutete daraufhin, dass die Elemente eine Unterstruktur besitzen bzw. dass sich die Elemente offenbar aus dem Vielfachen von kleinsten Teilen „konstruieren“ lassen.
Zu Mendeleevs Zeit waren viele der heute bekannten chemischen Elemente noch gar nicht entdeckt worden. Das Periodensystem wies dort jeweils eine Lücke auf, so dass vorhergesagt werden konnte, dass dann – vorausgesetzt das Periodensystem ist richtig – in der Natur ein chemisches Element existieren musste, welches genau in diese Lücke passt.
Die Schlussfolgerung war, chemische Elemente setzen sich aus kleineren Bausteinen, den sog. Nukleonen zusammen.