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#1

Jenseits das Higgs-Teilchens

in Aus der Welt der Wissenschaft 19.03.2012 09:41
von franzpeter | 8.079 Beiträge

Teilchenphysik
Jenseits das Higgs-Teilchens
In diesen Tagen wird der Welt größter Teilchenbeschleuniger, der Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf, wieder anlaufen. Bis zum Ende des Jahres sollen Versuche darüber entscheiden, ob das viel beschworene Higgs-Teilchen existiert oder nicht. Doch es gibt auch noch andere Fragen, die der LHC beantworten soll. Supersymmetrie, Dunkle Materie, Zusatzdimensionen und Schwarze Löcher stehen auf dem Programm.
Thomas Bührke
Der Autor ist freier Wissenschaftsjournalist in Schwetzingen.

Im Dezember letzten Jahres verkündete das CERN erste Hinweise auf eine mögliche Entdeckung des Higgs-Teilchens mit einer Masse um 125 Gigaelektronenvolt (125 GeV). Damit wäre es etwa 130 Mal massereicher als ein Wasserstoffkern. Sollten sich die vagen Anzeichen zu einer veritablen Entdeckung verdichten, so wäre dies einer der größten Erfolge der modernen Physik. Doch der LHC wurde nicht nur wegen des Higgs-Teilchens gebaut. Es gibt weitere brennende Fragen, die über das derzeit bestehende Standardmodell der Elementarteilchen hinausweisen. An erster Stelle steht hier eine fundamentale Erweiterung: die Supersymmetrie.

Die theoretischen Physiker führen eine Reihe von Gründen an, weswegen das heutige Standardmodell der Teilchen und der zwischen ihnen wirkenden Kräfte nicht "der wahre Jakob" sein kann, wie Einstein es einmal von der Quantenphysik behauptete: Zum einen gibt es eine nicht erklärbare Übereinstimmung in der elektrischen Elementarladung. Elektronen sind die Träger der negativen Elementarladung. Quarks besitzen exakt ein oder zwei Drittel der Elementarladung. So ist es möglich, dass drei Quarks ein Proton mit genau einer positiven Elementarladung bilden. Nur die identische Größe der elektrischen Ladung von Elektronen und Protonen, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, ermöglicht die Existenz stabiler, elektrisch neutraler Atome.

Lücken im Standardmodell der Elementarteilchen
Elektronen gehören zu der Familie der so genannte Leptonen und unterliegen nur drei Grundkräften, nämlich der schwachen und elektromagnetischen Kraft sowie der Gravitation. Quarks hingegen zählen nicht zu den Leptonen und unterliegen allen vier Grundkräften der Natur, auch der starken Wechselwirkung. Im Dreierpack bilden sie das Proton, das zur Familie der Fermionen zählt. Es muss einen noch unbekannten Zusammenhang beziehungsweise eine übergeordnete "Instanz" geben, die für diese rätselhafte Übereinstimmung zwischen den Familien gesorgt hat.


© CERN


Detektor ATLAS
Der Detektor ATLAS soll über Zerfallsreignisse ein Higgs-Boson nachweisen.


Das andere Argument hängt mit dem Higgs-Teilchen zusammen. Dieses ist die "Inkarnation" eines Energiefelds, welches das gesamte Universum durchzieht und dafür verantwortlich ist, dass Teilchen eine Masse besitzen. Theoretische Berechnungen im Rahmen des Standardmodells ergeben jedoch für die Energie des Higgs-Feld einen um 34 Größenordnungen zu hohen Wert. In einer solchen Welt wären Elektronen so schwer wie Bakterien!

Ursache für diesen exorbitant hohen Wert des Higgs-Feldes sind sogenannte virtuelle Elementarteilchen. Sie tauchen beständig im Raum auf und verschwinden wieder. Dieser See an virtuellen Teilchen trägt zum Higgs-Feld bei und müsste ihm den unrealistisch hohen Wert verleihen.

Ausweg Supersymmetrie und Dunkle Materie
Als Ausweg aus diesem Dilemma haben Theoretiker eine über das Standardmodell hinausgehende, neue Physik entwickelt: die Supersymmetrie, kurz Susy. Diese besagt, dass es zu jedem Elementarteilchen ein Pendant gibt, ein Spiegelteilchen. Auch die Susy-Teilchen tauchen in dem See virtueller Elementarteilchen auf, doch ihre Quantenfluktuationen heben sich gerade mit denen der regulären Elementarteilchen auf. Dadurch erhält das Higgs-Feld einen kleinen Energiewert und das zugehörige Higgs-Teilchen eine relativ geringe Masse.

Die Susy-Teilchen würden die Zahl der bekannten Teilchen auf einen Schlag verdoppeln. Doch sie existierten nur in den ersten Bruchteilen einer Sekunde nach dem Urknall. Sie sind nämlich instabil und zerfallen rasch – bis auf eins: das leichteste Susy-Teilchen Neutralino. Seit dem Urknall sind also alle Superpartikel bis auf die Neutralinos zerfallen.

Die Namen der Susy-Materieteilchen ergeben sich durch Voranstellen eines S an den Namen des uns bekannten Teilchens. So gehört zum Elektron das Selektron, zu den Quarks die Squarks und zu den Neutrinos die Sneutrinos. Die Wechselwirkungsteilchen, welche die Kräfte zwischen den Materieteilchen vermitteln, erhalten ein "ino" ans Ende: zum Photon (Lichtteilchen) gehört das Photino zum Gluon das Gluino und so weiter.


© Cern
Spuren des Higgs-Bosons

Bislang ist die schon in den 1970er Jahren vor allem von Julius Wess und Bruno Zumino in Karlsruhe entwickelte Supersymmetrie jedoch reine Theorie. Kein einziges der prognostizierten Teilchen ließ sich nachweisen. Physiker hoffen nun, mit dem LHC in den Feuerbällen der Protonkollisionen Susy-Teilchen insbesondere das Neutralino zu finden. Dessen Masse erwarten die Forscher unterhalb von 1000 GeV, womit es durchaus im Leistungsbereich des LHC liegen würde.

Aber Neutralinos gehen mit normaler Materie so gut wie keine Wechselwirkung ein. Sprich: Sie rasen völlig unbeeindruckt durch die riesigen Messgeräte hindurch. Der Nachweis muss deswegen auf indirekte Weise erfolgen: Die Bruchstücke einer Protonenkollision müssen zusammengenommen genau so viel Energie besitzen wie die beiden ursprünglichen Protonen. Es geht keine Energie verloren. Sollte man dennoch einmal einen solchen Fall beobachten, so wäre dies ein mögliches Indiz dafür, dass ein unsichtbares Neutralino die fehlende Energie fortgetragen hat.

Diese für die Experimentatoren so unangenehme Eigenschaft des postulierten Neutralinos macht es hingegen für Astrophysiker interessant. Es besitzt nämlich genau jene Eigenschaften, die sie den mutmaßlichen Teilchen der Dunkle Materie zuschreiben. Nach heutiger Kenntnis macht sie 23 Prozent der insgesamt im Universum vorhandenen Materie aus (73 Prozent Dunkle Energie und rund 4 Prozent "gewöhnliche" Materie). Sie ist unsichtbar und lässt sich bislang ausschließlich über ihre Schwerkraftwirkung nachweisen. Neutralinos könnten die Lösung dieses Jahrzehnte alten Rätsels sein.

Die Supersymmetrie könnte noch weitere Fragen beantworten. So erklärt sie die Kraftwirkung zwischen Quarks, und sie bildet die Grundlage für einige Versionen der Stringtheorie, mit der man das Ziel verfolgt, Quantenphysik und Gravitation zu einer übergeordneten Theorie zu vereinen.

Viele Physiker schätzen die Supersymmetrie, weil sie auf einen Schlag viele Fragen beantworten würde. Doch der bislang ausbleibende Nachweis auch nur eines einzigen Vertreters dieser Spiegelwelt macht Forscher zunehmend skeptisch. Startheoretiker John Ellis vom CERN bekannte im letzten Jahr in der Fachzeitschrift "Nature": "Ich arbeite nun seit fast 30 Jahren an der Theorie – und ich kann mir vorstellen, dass einige Leute langsam ein wenig nervös werden." Er wolle noch bis Ende 2012 abwarten, ergänzte er, bevor er Susy aufgibt. "Viele Dinge werden sich ändern, wenn wir Susy nicht bestätigen können", ergänzt Teilchenphysiker Chris Lester von der University of Cambridge in derselben Ausgabe von "Nature". Theoretische Physiker müssten dann wieder zu ihrem Reißbrett zurückkehren und einen alternativen Weg finden, um die Mängel des Standardmodells zu beheben.

Eintauchen in zusätzliche Raumdimensionen und mikroskopische Schwarze Löcher
Vereinheitlichungstheorien wie die der Strings funktionieren nicht mehr in drei Raumdimensionen, sie benötigen neun. Diese Extradimensionen könnten auf kleinsten Skalen "aufgerollt" sein, so dass wir sie nicht wahrnehmen. An jedem Punkt unserer Welt gäbe es eine oder mehrere zusätzliche "Richtungen." Direkt beobachten lassen sich Extraräume nicht, weil wir keinen Zugang zu ihnen haben: Wir leben und experimentieren in drei Dimensionen. Aber Zusatzdimensionen könnten physikalische Gesetze beeinflussen und somit indirekt nachweisbar sein. So sagt eine Theorie voraus, dass das bekannte Newtonsche Gesetz, wonach die Schwerkraft quadratisch mit der Entfernung von einem Körper abnimmt, auf sehr kleinen Skalen nicht mehr stimmt. Sie würde auf der Größenskala der Extradimensionen zum Körper hin viel stärker ansteigen, als man es nach Newton erwarten würde. Der Grund hierfür ist, dass die Schwerkraft sich als einzige der bekannten vier Grundkräfte auch in diese Zusatzdimensionen ausdehnt.


© CERN

Das CMS-Experiment am CERN
Das CMS-Experiment ist ein Teilchendetektor des Large Hadron Collider am CERN. In seinem Herzen stoßen Protonen mit einigen Teraelektronvolt Kollisionsenergie zusammen. Dabei entstehen neue Teilchen, die in alle Richtungen davonfliegen und vom CMS-Detektor nachgewiesen werden.
Mechanische Experimente konnten das Newtonsche Kraftgesetz bis auf Distanzen von 0,04 Millimeter bestätigen. Die versteckten Zusatzdimensionen müssen also – so sie denn existieren – auf kleineren Skalen aufgerollt sein. Für den LHC hätte das unter Umständen extreme Folgen. So könnten bei den Protonenkollisionen Gravitationswellen und mikroskopisch kleine Schwarze Löcher entstehen. Diese wären aber instabil und würden nach etwa 10-26 Sekunden wieder zerfallen. Sie könnten also niemals durch Verschlucken weiterer Materie zu beunruhigender Größe heranwachsen. Aber die Bruchstücke, in die die Schwarzen Löcher zerfallen, sind nachweisbar.

Themenseite

© CERN
Teilchenphysik
Neuigkeiten vom LHC und anderen ErkenntnisbeschleunigernAm CERN wird man alles daransetzen, Hinweise auf "Neue Physik" zu finden. Das ist das Ziel dieses milliardenschweren Projekts. Wie das CERN mitteilte, wird es deswegen die Energie der Protonen im LHC in diesem Jahr um 0,5 TeV auf 4 TeV (4000 GeV) pro Strahl erhöhen. Im November wird der LHC dann für voraussichtlich 20 Monate abgeschaltet, um Ende 2014 mit der angestrebten Maximalenergie von 7 TeV pro Strahl wieder anzulaufen. Doch die Pläne reichen noch weiter. Nach 2020 soll der LHC noch einmal technisch aufgerüstet werden – um vielleicht noch weiter in neue Dimensionen vorzustoßen.

In der ursprünglichen Version wurden die Quarks fälschlich zu den Bosonen gestellt. Dies haben wir nun korrigiert. Die Redaktion.

© Spektrum.de


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
zuletzt bearbeitet 19.03.2012 09:42 | nach oben springen
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#2

Ein bittersüßes Ende?

in Aus der Welt der Wissenschaft 04.07.2013 10:32
von franzpeter | 8.079 Beiträge

Hintergrund | 03.07.2013 | Drucken
Higgs-Boson
Ein bittersüßes Ende?
Die Entdeckung das Higgs-Teilchens vor einem Jahr war der Höhepunkt einer spektakulären Suche. Es brachte die Teilchenphysik des 20. Jahrhunderts zum Abschluss - und beschert der Disziplin eine ungewisse Zukunft.
von Robert Gast
Der Autor ist freier Wissenschaftsjournalist in Heidelberg.
Die Geste für die Geschichtsbücher ereignete sich am Ende des Seminars. Peter Higgs rang mit den Tränen, die Zuschauer in dem großen Genfer Hörsaal applaudierten stehend. Schließlich, im Fokus der Kameras, reckte ein grauhaariger Herr seine Faust in die Luft – die Geste eines siegreichen Sportlers. Kein Wunder: In einem fünf Jahrzehnte währenden Ringen hatten tausende Physiker der Natur ihr bisher tiefstes Geheimnisse abgetrotzt: das Higgs-Teilchen.

Die Faust gehörte zum Arm von Lyn Ewans, seit 1994 Projektleiter des Riesenbeschleunigers LHC. Sie ließ erahnen, was für ein harter Wettstreit es war. Er begann 1964, als der schottische Physiker Peter Higgs einen subatomaren Mechanismus skizzierte, der eine grundlegende Frage beantworten sollte: Warum haben die meisten Elementarteilchen eine Masse, während andere schwerelos durch den Raum flitzen?

Heute wissen Physiker, dass Higgs Recht hatte: Jeder Fleck des Universums wird von einem unsichtbaren Energiefeld durchzogen. Kurz nach dem Urknall trat es plötzlich in Erscheinung, glauben die Physiker, und verlangsamt seitdem Quarks, Elektronen sowie Z- und W-Bosonen. Es gibt den Partikeln ihre "träge" Masse – sie macht etwa ein Prozent des Gewichts eines Atomkerns aus, der Rest kommt von der Bindungsenergie der Atomkerne.

Im Juli 2012 gaben die Physiker am CERN bekannt, dass sie sehr deutliche Hinweise auf das Higgs-Boson gefunden hätten – ein Befund, der sie in der Zwischenzeit verfestigt hat.
Photonen und Gluonen (die Austauschteilchen der starken Kernkraft) huschen hingegen einfach durch den modernen Äther hindurch und sind deswegen masselos. Dass einige Teilchen eine Masse haben, andere hingegen nicht, ist aus Sicht der Physiker ein grober Verstoß gegen die mathematische Ästhetik. Die Symmetrie wurde plötzlich "gebrochen", sagen sie, ganz spontan, am Anbeginn aller Zeit. Aber was für ein Naturprozess ist dazu im Stande?

Von der Idee zur Gleichung
Schon 1960 hatte der aus Japan stammende Physiker Yoichiro Nambu eine Idee. Nambus Theorie der "spontanen Symmetriebrechung in Supraleitern" hatte jedoch einige Probleme. Zum Beispiel sagte sie Myriaden exotischer Teilchen voraus, die eigentlich in der Sonne entstehen sollten und die Erde fluten würden. Peter Higgs fand schließlich einen Weg, Nambus Gedanken mathematisch so zu formulieren, dass die "Goldstone-Bosonen" von den Gleichungen verschluckt werden [1].
Er war nicht der Einzige: Die Belgier Robert Brout und Francois Englert konnten ihre Theorie fast zwei Monate vor Higgs veröffentlichten [2]. Auch die drei Amerikaner Tom Kibble, Gerald Guralnik und Carl Hagen erarbeiteten einen ähnlichen Ansatz [3]. Sie konnten ihn jedoch erst zur Veröffentlichung einreichen, nachdem die Arbeiten der europäischen Physiker bereits erschienen waren.

Als einzige Arbeit des Jahres 1964 sagte die von Higgs ein massives Teilchen voraus. Es sollte zum Kronzeugen der Theorie der spontanen Symmetriebrechung werden. Bis dahin war es allerdings ein weiter Weg. Die Idee der jungen Theoretiker war in den 1960er hochspekulativ, und der altehrwürdige Werner Heisenberg soll sie 1965 auf einer Konferenz am Starnberger See sogar als "junk" diffamiert haben.

Denn zunächst war nicht klar, wo der Mechanismus überhaupt gebraucht wurde. Erst als Abdus Salam, Sheldon Glashow und Steven Weinberg ihn 1967 aufgriffen, gewann sie an Akzeptanz. Die Theoretiker hatten eine Theorie entwickelt, gemäß der Elektromagnetismus und schwache Kernkraft zwei Fassetten ein und derselben Urkraft sind. Der Higgs-Mechanismus sollte eine Diskrepanz in der "elektroschwachen Vereinheitlichung" auflösen: Wieso die Botenteilchen der schwachen Kernkraft, die W- und Z-Bosonen, eine sehr große Masse haben, die Quanten des Elektromagnetismus – die Photonen – hingegen überhaupt keine.

Margaret Thatcher als Teilcheninteressierte
Auch das war zunächst nur ein Luftschloss. W- und Z-Bosonen waren Theoriekonstrukte, die elektroschwache Vereinheitlichung umstritten. Sie nachzuweisen, war ein Kraftakt. In den 1970er Jahren platzte in den USA der Plan, die größten Beschleuniger des Landes so umzurüsten, dass er die schweren Partikel nachweisen könnte. Frustriert ging der Chefphysiker Carlo Rubbia zum CERN. Dort zeigte man mehr Risikobereitschaft und wandelte das sieben Kilometer lange Super Proton Synchrotron (SPS) in eine Maschine um, die Protonen mit Antiprotonen kollidieren ließ – nur so konnte man die nötige Energie für die Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung aufbringen.



ATLAS-Detektor Ende 1982 fanden die Physiker schließlich erste Spuren von einer Hand voll W-Teilchen in ihren Detektoren. Auf einer Konferenz in Rom stellten Rubbia und ein Kollege das noch vorläufige Ergebnis ihren Kollegen vor. Der Saal, so wirkt es auf Videoaufnahmen, applaudierte eher höflich als euphorisch, und die Pressemitteilung damals beschränkte sich auf fünf Sätze. Schon Wochen vorher, kurz vor Weihnachten 1982, hatten die Wissenschaftler die britische Premierministerin Margaret Thatcher informiert – so wie es die Eiserne Lady bei einem Besuch am CERN einige Monate zuvor gefordert hatte.

Anschließend versuchte man auf der anderen Seite des Atlantiks die Ehre der amerikanischen Grundlagenphysik wiederherzustellen. In einem 87 Kilometer langen Ring sollten Protonen und Antiprotonen mit 40 Teraelektronenvolt kollidieren, dem Dreifachen der LHC-Energie. Erst wurde der Superconducting Super Collider (SSC) von Ronald Reagan gefördert, schließlich gab man ihn 1993 halb fertig auf. Der ohne den SSC größte Teilchenbeschleuniger auf US-Boden, der Tevatron am Fermilab bei Chicago, konnte bis zum Schluss die Spuren des Higgs-Bosons nicht zweifelsfrei aus dem Datensalat fischen – auch wenn es an Gerüchten und Fastsensationen bis zu seinem Ende 2011 hin nicht mangelte.

Auch am CERN fand man jahrzehntelang keine eindeutigen Spuren des Phantoms. Das Problem: Aus der Theorie ergab sich keine Masse für das Higgs-Teilchen, bei der man gezielt nach dem neuen Partikel suchen konnte. Es blieb nur das mühsame Abgrasen aller möglichen Energien, in der Hoffnung, bei einer die Signatur des Higgs zu entdecken.
Gutes Versteck
Doch schon der LHC-Vorgänger LEP tastete am CERN zusammen mit dem Tevatron fast den gesamten Massenbereich ab – vergeblich. Im Jahr 2000, kurz vor dem Abschalten des LEP-Beschleunigers, war man jedoch auf eine verdächtige Häufung von Ereignissen bei einer Energie von 115 Gigaelektronenvolt gestoßen. Sollte das das Higgs sein?

Letztendlich versteckte es sich in der letzten Lücke, die die vorherigen Teilchenbeschleuniger noch offen gelassen hatten: Bei einer Masse von 125 bis 126 Gigaelektronenvolt. Das lange gesuchte Teilchen, das nach 10-20 Sekunden in andere Teilchen zerfällt, ist damit 133-mal so schwer wie ein Wasserstoffkern. Diesmal wurde das Internet zuerst informiert. Zweieinhalb Wochen vor der offiziellen Bekanntgabe jagte ein Blogger Gerüchte durchs Netz, die sich als akkurate Wiedergabe des Stands am CERN entpuppten. Am Vortag des großen Spektakels gelangten sogar Videos mit Erklärungen der Chefwissenschaftler an die Öffentlichkeit.

Das CERN hatte sich entschieden, ein großes Seminar in den eigenen Räumen abzuhalten, damit das Higgs-Boson nicht scheibchenweise auf einer Fachkonferenz in Melbourne das Licht der Öffentlichkeit erblicken musste. Dass es auf der Veranstaltung tatsächlich zu einer "Jahrhundertentdeckung" kommen würde, wie zahlreiche Medien und öffentliche Vorträge danach beschworen, war allerdings lange nicht klar. Zwei Wochen zuvor sah es noch so aus, als würden die gesammelten Daten nicht reichen, um die magische Grenze von fünf Sigma zu knacken, ab der ein Teilchen als offiziell entdeckt gilt – so schildert es zumindest der britische Wissenschaftsautor Ian Sample in seinem Buch "Massive".

Auch das Compact-Muon-Solenoid-(CMS)-Experiment ist ein Teilchendetektor am LHC und arbeitet am Nachweis des Higgs-Bosons mit. Weitere Einsatzfelder sind die Erforschung der Supersymmetrie und die Kollision schwerer Ionen.
Demnach war erst am 24. Juni 2012, zehn Tage vor der Melbourne-Konferenz, sicher, dass zumindest der ATLAS-Detektor die magische Grenze knacken würde. Junge Forscher sollen der Überlieferung zufolge die Nacht auf den 4. Juli am Eingang des Seminarraums ausgeharrt haben, um einen Sitzplatz zu ergattern. Am nächsten Morgen waren Physiker in vielen Hörsälen rund um den Globus via "Live-Viewing" dabei, als CERN-Direktor Rolf-Dieter Heuer die erlösenden Worte sagte: "Für Laien" gelte das Higgs als gefunden.
Letzte Zweifel
Doch im Juli 2012 konnte noch niemand sicher sein, ob man tatsächlich ein Higgs-Teilchen entdeckt hatte. Erst im März dieses Jahres haben die Forschergruppen der zwei Detektoren ATLAS und CMS den kompletten Datensatz der Jahre 2011 und 2012 ausgewertet. Mittlerweile sind alle Zerfallsarten des neuen Partikels ausgewertet worden. Es sehe "immer mehr" wie das von der Theorie vorhergesagte Higgs-Teilchen aus, gab die CERN-Pressestelle bekannt. Die Gleichungen aus den 1960er und 1970er Jahren erweisen sich als beeindruckend genaue Beschreibung der Wirklichkeit.

Und darin liegt aus Sicht vieler Physiker das Problem. Sie hatten auf eine Überraschung gehofft – ohne sie bleiben viele Fragen offen. Wieso etwa das Higgs ausgerechnet die gemessene Masse von etwa 133 Protonen hat, ist für die Wissenschaftler nach wie vor ein Rätsel. Eigentlich müsste das Teilchen viel schwerer sein und dürfte eigentlich erst bei Energien in Erscheinung treten, wie sie unmittelbar nach dem Urknall herrschten, als das Higgs-Feld einige der Elementarteilchen in der Ursuppe erfasste.

So hat mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens für Physiker die Zeit einer großen Ungewissheit begonnen. Wie geht es weiter bei der Entschlüsselung des Universums? Und geht es überhaupt weiter? Aus Sicht der meisten Forscher braucht es eine umfassendere Theorie als das "Standardmodell der Teilchenphysik", um den Mikrokosmos zu beschreiben. Die "Supersymmetrie" könnte solch eine Erweiterung sein – sie sagt für jedes Elementarteilchen aus dem Standardmodell ein Partnerteilchen voraus. Der größte Charme der Theorie: Mit den Partnerteilchen lässt sich elegant erklären, weshalb die Higgs-Masse so klein ist.

Allerdings wäre auch die Supersymmetrie "gebrochen": Die Superpartner müssten ganz offensichtlich viel schwerer als ihre bereits entdeckten Brüder und Schwestern sein – sonst wären sie längst an Beschleunigern aufgetaucht. Nur wie viel schwerer? Bisher hat man am LHC, trotz großer Hoffnung im Vorfeld, keine Hinweise auf eines dieser Susy-Teilchen gefunden. Die Physiker haben die Revolution nun ab dem Jahr 2015 auf die Wunschliste gesetzt, wenn der LHC mit seiner Maximalenergie von 14 Teraelektronenvolt aus einer zweijährigen Umbauphase kommt.

Was bringt die Zukunft?
Und wenn es da nicht klappt, mit der neuen Physik? Dann könnte der LHC ein weiteres Mal aufgewertet werden: Der "HE-LHC" würde Protonen und Antiprotonen mit bis 33 Teraelektronenvolt zusammenprallen lassen. Dazu müssten allerdings weitaus stärkere supraleitende Magnete entwickelt werden, als es sie heute gibt. Sollten die Supersymmetrie allerdings erst bei sehr hohen Energien in Erscheinung treten, könnten die neuen Teilchen nicht mehr helfen, die korrekte Higgs-Masse vorherzusagen. Themenseite

Vom LHC und anderen ErkenntnisbeschleunigernDie andere Hoffnung der Physik stützt sich auf das Higgs-Teilchen selbst. Vielleicht weichen seine Eigenschaften minimal von den Vorhersagen des Standardmodells ab, hoffen die Physiker. Oder im Teilchensalat des LHC verstecken sich noch weitere Higgs-Teilchen, wie die Supersymmetrie vorhersagt. Beides soll der International Linear Collider untersuchen: ein Linearbeschleuniger, der Elektronen und Positronen mit bis zu 0,5 Teraelektronenvolt aufeinanderschießt. Dabei entstehen weit weniger Trümmer als bei Proton-Antiproton-Kollisionen, die wegen ihrer inneren Struktur aus Quarks sehr viel komplexere Teilchenkaskaden hervorrufen. Nach aktuellem Stand hat Japan großes Interesse, den ILC zu bauen – als Leuchtturmprojekt in der nördlichen Iwate-Region, die von der Nuklearkatastrophe in Fukushima schwer gezeichnet wurde.

Vermutlich wird der 31 Kilometer lange ILC auch Milliarden Dollar und Euro aus anderen Erdteilen brauchen. Ob sich diese zusammenkratzen lassen, um einen Beschleuniger zu bauen, der eine verglichen mit allen vorherigen Beschleunigern recht vage Hoffnung auf neue Physik birgt? Vor der Entdeckung des Higgs-Teilchens waren selbst Beteiligte pessimistisch. Die Soziologin Arpita Roy interviewte für ihre Doktorarbeit zwischen 2007 und 2009 zahlreiche Physiker am CERN. Unter dem Deckmantel der Wissenschaft sagte etwa der CERN-Cheftheoretiker Luis Alavarez-Gaume: "Wir wollen das Higgs-Teilchen gar nicht sehen. Die Disziplin wäre absolut tot." Die Pressestelle habe die Idee in die Welt gesetzt, es gehe beim LHC nur darum, das Higgs zu finden. Eigentlich suche man neue Physik jenseits des Standardmodells. Roy folgerte schließlich: "Auf viele verschiedene Arten und Weisen sagten mir alle, dass das Higgs das Ende der Teilchenphysik bedeuten würde."

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franzpeter
zuletzt bearbeitet 04.07.2013 10:45 | nach oben springen
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