Neustart des Beschleunigers LHC : Das Higgs-Teilchen war nur der Anfang

Zurück in die Zukunft: Nach zwei Jahren Pause soll der Beschleuniger LHC, der bereits die Existenz der Higgs-Teilchen erwies, nun nach weiteren Teilchen suchen – in der Hoffnung, eine „neue“ Physik zu entdecken, jenseits des Standardmodells.

Roland Wengenmayr
Zurück in die Zukunft. Die Teilchenschauer, die in den riesigen Detektoren wie dem CMS aufgezeichnet werden, erlauben eine Reise zur ersten Sekunde des Universums nach dem Urknall.
Zurück in die Zukunft. Die Teilchenschauer, die in den riesigen Detektoren wie dem CMS aufgezeichnet werden, erlauben eine Reise...Foto: AFP

Die Zeit schien stillzustehen, an jenem 4. Juli. Hunderte Zuschauer waren in einen Saal des europäischen Kernforschungszentrums Cern nach Genf gekommen. Sie interessierten sich für die Ergebnisse zweier Teams, die die Antwort auf eine der großen Fragen der Physik der Öffentlichkeit vorstellen wollten. Die Forscher präsentierten Grafiken, Gleichungen und Zahlen, am Ende gab es überwältigenden Applaus und einen überwältigten Peter Higgs. Der weißhaarige Schotte hatte zusammen mit weiteren Physikern vor einem halben Jahrhundert eine Theorie entwickelt, die erklärt, wie Elementarteilchen ihre Masse erhalten. Nun war das Gedankengebäude bewiesen worden: Das vorhergesagte Higgs-Teilchen existiert.

Knapp drei Jahre ist das her, der Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider) wurde bald darauf für Wartungsarbeiten abgeschaltet. Im Tunnel haben Techniker hunderte Verbindungen zwischen den Magneten erneuert, die vier hausgroßen Detektoren mit neuen Sensoren ausgestattet und die Vorbeschleuniger verbessert. Der Beschleunigerkomplex ist nun doppelt so leistungsfähig wie zuvor. Mit 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit jagt er die Teilchen über den 27 Kilometer langen Rundkurs. Binnen einer Sekunde schaffen sie mehr als 11 000 Umläufe.

„Wir haben eine komplett neue Maschine“, sagt Rolf Heuer. Der deutsche Physiker ist Generaldirektor des Cern. Vor allem die Verbindungen zwischen den supraleitenden Magneten, die die elektrisch geladenen Teilchen mit enormer Kraft auf ihrem Ringkurs halten, mussten verstärkt werden. „Wenn sie in Betrieb sind, entspricht die in ihnen gespeicherte Gesamtenergie derjenigen eines Supertankers, der mit 30 Knoten fährt“, sagt Heuer. Ende des Monats soll die komplexeste Maschine der Welt wieder der Forschung zur Verfügung stehen.

Die neue Physik fängt an, wo das Standardmodell endet

Denn der LHC wurde nicht allein wegen des mysteriösen Higgs-Teilchens gebaut. Bereits vor der Wartung haben tausende Forscher weitere Theorien mit der gewaltigen Experimentiermaschine überprüft. Diese Arbeit geht nun weiter. Ihre Hoffnung, eine „neue Physik“ zu entdecken, ist groß. Sie würde dort anfangen, wo das heutige Standardmodell endet. Dieses Modell beschreibt zwar alle bekannten Elementarteilchen sowie die drei grundlegenden Wechselwirkungen zwischen ihnen sehr erfolgreich. Die vierte Kraft der Physik, die eigenwillige Gravitationskraft, entzieht sich ihm jedoch. Daher suchen Physiker nach einer umfassenderen Theorie. Zumindest einige Bausteine dafür könnte der LHC beitragen. Das besondere Augenmerk der Forscher gilt Phänomenen wie der Supersymmetrie und Dunkler Materie.

„Die Dunkle Materie verrät sich nur durch die Bewegungen der Sterne und Galaxien“, sagt Heuer. Die kosmischen Objekte müssten auseinanderfliegen, wenn man allein die sichtbare Materie und deren Gravitationskraft berücksichtigt. Weil sie das nicht tun, vermuten Astrophysiker, dass es eine unsichtbare Form von Materie gibt, die zusätzliche Gravitation ausübt. Aus welchen Teilchen diese „Tarnkappen-Materie“ besteht, die Berechnungen zufolge fünfmal häufiger vorkommt als die uns vertraute Materie, weiß keiner. Einige Kandidaten könnte der LHC durchaus entdecken, sagt Heuer. Die noch rätselhaftere Dunkle Energie wird sich den Cern-Forschern wohl entziehen, solange überzeugende theoretische Erklärungsansätze fehlen. Diese Energie treibt die schneller werdende Ausdehnung des Universums voran.

Eine Zeitreise zur ersten Sekunde nach dem Urknall

Der LHC kann mit zwei Teilchenarten betrieben werden: mit Protonen, den leichten Atomkernen des Wasserstoffs, und mit schweren Blei-Atomkernen. Die meiste Zeit läuft der LHC mit den Protonen. Damit entdeckten die Cern-Forscher etwa das Higgs-Teilchen. In diesem Modus erreicht der Beschleuniger Bedingungen, wie sie mutmaßlich eine Zehntelmilliardstel Sekunde nach dem Urknall herrschten. Mit den schwereren Blei-Atomkernen geht die Zeitreise zurück in die erste Millionstel Sekunde.

29 Kommentare

Neuester Kommentar
      Kommentar schreiben