"Dann hätte jedes Teilchen einen Superpartner"

Interview29. April 2013, 19:15
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Physiker am Beschleuniger LHC sind nun sicher, dass sie ein für die Masse verantwortliches Higgs-Teilchen entdeckt haben - Die Frage ist nur: welches?

Und wie passt das in unser Naturverständnis? Peter Illetschko sprach mit Experiment-Entwickler Tejinder Virdee.

STANDARD: Im Juli des vergangenen Jahres wurde am Teilchenbeschleuniger LHC ein Teilchen entdeckt, von dem man von Anfang an vermutete, dass es das Higgs-Boson sei. Damals konnte man sich freilich nicht hundertprozentig sicher sein. Sind Sie es heute?

Virdee: Wir sind dank weiterer Auswertungen mittlerweile sicher, dass es ein Higgs-Boson ist. Die Frage ist jetzt nur, welches. Das Standardmodell der Physik sagt zwar ziemlich präzise voraus, wie das Teilchen beschaffen sein muss. Wir wissen deshalb, dass es für die Masse der Bausteine der Materie verantwortlich ist. Es ist also eine physikalische Grundlage unserer Existenz. Andererseits kennen wir Theorien, die vorhersagen, dass es sogar fünf Higgs-Teilchen gibt, die sich noch dazu vom Standardmodell-Higgs unterscheiden - nur geringfügig, aber sie unterscheiden sich. Es könnte sich genauso gut um eines dieser Teilchen handeln. Das werden wir erst nach weiteren Datenanalysen und Messungen genau wissen, die sicher noch ein paar Jahre dauern.

STANDARD: Wie aufwändig ist es, ein Higgs-Teilchen herzustellen?

Virdee: Higgs-Bosonen treten nicht gerade häufig auf. Es braucht mindestens zehn Milliarden Kollisionen, um ein einziges Higgs-Teilchen zu produzieren. Für die Absicherung der Ergebnisse sollten es gut tausend Billionen sein. Wir müssen danach aus all den Zerfallsprodukten der Kollisionen jene Teilchen finden, die Rückschlüsse auf die Higgs-Teilchen zulassen. Natürlich ist das mit viel Aufwand verbunden. Man muss das aber in der Relation sehen: Wir sind durch die Entdeckung eines Higgs-Bosons noch lange nicht am Ende der Reise angelangt. Das war erst der Anfang. Der LHC läuft ja erst mit der Hälfte der möglichen Energie. In zwei Jahren werden wir ihn ganz hochfahren. Dann werden wir neue Dinge entdecken und die Natur in einer völlig neuen Form erklären können.

STANDARD: Medien sprechen, angeheizt von der Öffentlichkeitsarbeit des Cern, von einer neuen Physik, die möglich sein wird ...

Virdee: Bevor wir an eine neue Physik denken, müssen wir erst hundertprozentig verstehen, wie die gegenwärtige Physik funktioniert. Da sind noch lange nicht alle Fragen beantwortet, die auf unserer To-do-Liste stehen. Gottfried Leibniz fragte einmal: Warum ist etwas und nicht vielmehr nichts? Was ich damit sagen will: Wir müssen uns fragen, warum wir ein Higgs-Boson entdecken konnten. Die Entdeckung allein genügt nicht. Was passiert da im Umfeld?

STANDARD: Physiker sagen andererseits, bei höheren Energien wird das Standardmodell nicht mehr funktionieren. Warum?

Virdee: Es gibt ja schon lange Anzeichen dafür, dass es da etwas geben muss, das über das Standardmodell hinausgeht. Die Gravitation wird hier zum Beispiel nicht mit einbezogen. Physiker fragen sich schon lange, wie man das Wissen über die Gravitation zwischen Mond und Erde und Sonne und Erde hier integrieren könnte. Wir können aber noch einiges mehr nicht mit dem Standardmodell erklären: Dunkle Materie zum Beispiel, sie war wichtig, um Galaxien zu formen. Wir wissen noch nicht, woraus sie besteht, nur dass sie fünfmal mehr Masse darstellt als die bekannte Materie. Möglicherweise ist das Standardmodell ja Bestandteil einer größeren, umfassenderen Theorie.

STANDARD: Was kann eigentlich die Supersymmetrie, von der man sagt, dass sie bei höherer Energie experimentell nachgewiesen werden könnte?

Virdee: Die Supersymmetrie besagt, dass jedes Teilchen einen Superpartner, dass also ein Elektron auch ein Superelektron hat. Bis jetzt haben wir es nicht gefunden, weil es wahrscheinlich sehr schwer ist. Es stimmt: Wenn wir es entdecken, dann nur bei hoher Energie. Möglicherweise schon in zwei Jahren, wenn das ganze Energiespektrum des LHC ausgeschöpft wird. Entdecken wir da noch immer keine Supersymmetrie, dann müssen wir uns fragen, ob diese Theorie haltbar ist.

STANDARD: Wie weit zurück in der Geschichte des Universums können Sie mit der vollen LHC-Energie gehen?

Virdee: Mit der vollen LHC-Energie können wir die Situation simulieren, die es etwa einen Bruchteil einer Nanosekunde nach dem Urknall gegeben haben muss. Zum Vergleich: Die "optischen" Methoden in der Astrophysik können bis 300.000 Jahre nach dem Urknall zurückgehen, als das Universum für Photonen transparent wurde.

STANDARD: Warum ist es wichtig, dem Big Bang verhältnismäßig nahe zu kommen?

Virdee: Wir wollen ja wissen, woher wir kommen und wie alles begann. Sie etwa nicht? Wir machen eine Zeitreise, scannen, wenn sie so wollen, mit dem Teleskop den Himmel ab und erwarten in verschiedenen Bereichen neue Erkenntnisse. Vielleicht gehen die Ergebnisse sogar in Richtung Stringtheorie, die nicht drei Dimensionen, sondern sogar zehn vorschlägt. Das sind Dinge, die man sich eigentlich aus heutiger Sicht gar nicht vorstellen kann.

(Peter Illetschko, DER STANDARD, 30.4./1.5.2013)


Tejinder "Jim" Virdee (60) wurde in Nyeri in Kenia geboren. Seine Familie ging 1967 nach Birmingham in England. Virdee studierte Physik am Imperial College in London, dem er auch in seiner beruflichen Karriere treu blieb - aktuell als Professor für Physik. Seit 1979 arbeitet Virdee am europäischen Kernforschungszentrum Cern. Er war einer jener Wissenschafter, die Anfang der 1990er-Jahre das Experiment Compact Muon Solenoid (CMS) am Cern entwickelten. Hier und im Experiment ATLAS wurde 2012 ein Higgs-Boson entdeckt. Dafür erhielt Virdee gemeinsam mit sechs anderen Cern-Physikern den vom russischen Unternehmer Juri Milner gestifteten, mit drei Millionen Dollar dotierten Fundamental Physics Prize.

Wissen: Pause in der Teilchenjagd

Der im Oktober 2008 gestartete Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) ist in mehrerer Hinsicht außergewöhnlich: Er ist mit einer Länge von fast 27 Kilometern der mit Abstand größte Beschleuniger dieser Art, auch die Kollisionsenergie (geplant sind 14 Teraelektronenvolt TeV) beim Zusammenprall der Teilchen war noch nie größer.

Die Planungen begannen 1989. Insgesamt wurden sieben Detektoren entwickelt. Am Compact Muon Solenoid (CMS) zum Beispiel sucht man nach Higgs-Teilchen und Beweisen für die Supersymmetrie (SUSY). Im Experiment ATLAS wird ebenfalls nach Higgs-Bosonen gesucht. Darüber hinaus schaut man dort in die Detailstruktur von Mini-Bausteinen der Materie (Quarks). Der Detektor ALICE produziert ein Quark-Gluonen-Plasma, wie es kurz nach dem Urknall existiert haben soll.

Derzeit steht der Beschleuniger still. Ingenieure kontrollieren zentrale Bestandteile und bereiten den LHC für die geplante Kollisionsenergie von 14 TeV ab 2015 vor. Der LHC gilt als wichtigstes Projekt am Kernforschungszentrum Cern, an dem auch Österreich vertreten durch das Wissenschaftsministerium beteiligt ist. (pi)

  • Tejinder Virdee: "Leibniz fragte: Warum ist etwas und nicht vielmehr nichts? Diese Frage müssen wir Physiker klären."
    foto: peter illetschko

    Tejinder Virdee: "Leibniz fragte: Warum ist etwas und nicht vielmehr nichts? Diese Frage müssen wir Physiker klären."

  • Blick in den CMS-Detektor am Teilchenbeschleuniger LHC. Hier wurde genauso wie am ATLAS-Detektor ein Higgs-Teilchen nachgewiesen. Derzeit wird der Beschleuniger einem Update unterzogen, um ab 2015 mit höheren Energien experimentieren zu können.
    foto: cern

    Blick in den CMS-Detektor am Teilchenbeschleuniger LHC. Hier wurde genauso wie am ATLAS-Detektor ein Higgs-Teilchen nachgewiesen. Derzeit wird der Beschleuniger einem Update unterzogen, um ab 2015 mit höheren Energien experimentieren zu können.

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