In einer wenig beachteten, aber weit vorausschauenden Arbeit wies Albert Einstein 1917 darauf hin, dass die dem Bohrschen Atommodell zugrunde liegende Bohr-Sommerfeldsche Quantisierung der elliptischen Elektronenbahnen für nicht-integrable Systeme auf gravierende konzeptionelle Schwierigkeiten stößt [1]. In der Tat scheiterte diese „alte Atomtheorie“, die sich beim Wasserstoffatom als so erfolgreich erwiesen hatte, vor einem Jahrhundert beim Versuch, sie auf kompliziertere atomare und molekulare Systeme zu verallgemeinern.

Es dauerte weitere fünfzig Jahre, bis Martin Gutzwiller in einer Serie bahnbrechender Arbeiten eine methodische Brücke zwischen der klassischen und der Quantenmechanik nicht-integrabler Systeme schlug [2].1) Genauer gesagt verknüpfte er die chaotische Dynamik eines Teilchens in einem klassischen System mit dem Energieniveau-Spektrum des dazu korrespondierenden Quantensystems. Während Bohrs Zugang auf adhoc-Annahmen beruhte, entwickelte Gutzwiller eine konsistente semiklassische Theorie. In deren Rahmen ließ sich zum einen der Erfolg der alten Atomtheorie für integrable Systeme mit stabilen klassischen Bahnen einordnen; zum anderen aber trug sie dem allgemeineren nicht-integrablen Fall adäquat Rechnung, dass sich die klassische Bewegung häufig nichtlinear chaotisch vollzieht. (...)

Der Brout-Englert-Higgs-Mechanismus löst ein fundamentales Problem des Standardmodells der Teilchenphysik. Diese moderne Quantenfeldtheorie erklärt und beschreibt alle fundamentalen Wechselwirkungen aller bekannten Teilchen untereinander – mit Ausnahme der Gravitation. Die Wechselwirkungen erfolgen über Vermittlerteilchen: das Photon (γ) im Fall der Elektro dynamik, die W- und Z-Bosonen für die schwache Kraft und die Gluonen (g) im Fall der starken Kraft. Die Existenz, Dynamik und nahezu alle Eigenschaften dieser Vermittlerteilchen lassen sich aus der Forderung lokaler Eichsymmetrien, wie sie aus der Elektrodynamik bekannt sind, ableiten [1]. Eichtheorien haben aber eine Schwäche:
Sie erfordern zwingend, dass alle Vermittlerteilchen masselos sein müssen, da ein von Null verschiedener Massenterm die Eichsymmetrie zerstört. Diese Forderung steht jedoch in eklatantem Widerspruch zu den experimentell nachgewiesenen hohen Massen der W- und Z-Bosonen. Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet die spontane Symmetriebrechung.
Dabei besitzt das physikalische System zwar alle erforderlichen Symmetrien. Allerdings erscheinen die Eichsymmetrien im energetischen Grundzustand der Natur – dem Vakuum – teilweise gebrochen, wodurch die W- und Z-Bosonen dynamisch eine Masse erhalten [2, 3].
Dieser Mechanismus sagt die Existenz eines neuen fundamentalen Teilchens vorher: das Higgs-Boson. Dieses entsteht aus der Quantisierung und Anregung eines postulierten Higgs-Feldes im Vakuum. Es ist das einzige bekannte Elementarteilchen ohne Spin und wechselwirkt mit allen bekannten Teilchen des Standardmodells – bei Fermionen proportional zu deren Masse, bei Bosonen mit dem Quadrat der Masse. Die Masse des Higgs-Bosons sagt das Standardmodell jedoch nicht vorher. Lange nach seiner Postulierung 1964 [3] galt das Teilchen als unmessbar. Doch 2012 wurde ein neues Teilchen mit genau den erwarteten Eigenschaften entdeckt [4]. (...)