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Astrophysik: Die Jagd im CERN nach dem Gottesteilchen beginnt

Superbeschleuniger LHC  

Die Jagd nach dem Gottesteilchen beginnt

23.09.2008, 13:15 Uhr | Spiegel Online

Von Holger Dambeck

Durch den Ringtunnel im LHC im CERN in Genf sollen Protonen mit beinahe Lichtgeschwindigkeit rasen und dann kollidieren (Foto: CERN)Durch den Ringtunnel im LHC im CERN in Genf sollen Protonen mit beinahe Lichtgeschwindigkeit rasen und dann kollidieren (Foto: CERN) Am Mittwoch wird der LHC-Beschleuniger in Genf, der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger aller Zeiten, angeworfen. Ein Ziel des milliardenschweren Projekts: der Nachweis des geheimnisvollen sogenannten Gottesteilchen, von Fachleuten Higgs-Bosons genannt. Sein Erfinder, der schottische Wissenschaftler Peter Higgs, könnte dafür den Nobelpreis bekommen - obwohl er nur ein mittelmäßiger Physiker war.

Animierte Grafik Der Super-Beschleuniger
Foto-Serie Das Experiment im CERN

Anderthalb Seiten lang war der Fachartikel, den Peter Higgs 1964 beim Fachblatt "Physical Review Letters" einreichte. Ganze vier Gleichungen fanden sich in dem Text, in dem Higgs einen mathematischen Kniff beschrieb, der Teilchen Masse verlieh - ein bis dahin in der Theorie ungelöstes Problem. Der schottische Physiker, in Wissenschaftlerkreisen ein unbeschriebenes Blatt, hatte die damals schon als etwas verstaubt geltende Quantenfeldtheorie für Elementarteilchen weiterentwickelt.

Artikel abgelehnt

Die Gutachter des renommierten Fachblatts hielten zunächst wenig von der Idee. Im ersten Anlauf wurde der Artikel glatt abgelehnt. "Die fanden, das habe nichts mit Physik zu tun", sagte Higgs im Jahr 2000 im Gespräch mit dem "Spiegel". Erst in einer zweiten Fassung stimmte die Zeitschrift dem Abdruck schließlich zu. Kurze Zeit später war Higgs' Theorie in aller Munde.

"Wahrscheinlich hatte ich einfach Glück"

Hätte der Physiker von der University of Edinburgh 1964 nicht diese eine Idee gehabt, kaum ein Wissenschaftler würde heute seinen Namen kennen. Er wäre womöglich nicht einmal Professor geworden, denn viel mehr als diese eine Publikation hat er nicht zustande gebracht, auch nach dem Durchbruch seiner Theorie nicht. Higgs war ein mittelmäßiger Physiker, und das bestreitet er nicht mal. "Wahrscheinlich hatte ich einfach Glück", erklärt er.

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Die teuerste Theorie aller Zeiten

Die anderthalb Seiten von 1964 haben ihn jedoch nicht nur berühmt gemacht - sie hatten auch gewaltige Investitionen zur Folge. Mit immer größeren Teilchenbeschleunigern haben Wissenschaftler seitdem versucht, das von dem schottischen Physiker postulierte Higgs-Boson nachzuweisen. Bislang vergeblich. Das wohl teuerste Experiment der Erde startet am Mittwoch am Kernforschungszentrum in Genf. Der Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider) wird angeworfen, und im Teilexperiment "Atlas" geht es genau um diese ominösen Higgs-Partikel, die Teilchen Masse verleihen.

Fundamentale Erkenntnisse erwartet

Tausende Techniker und Forscher arbeiten seit Jahren am Projekt LHC, mehr als zwei Milliarden Euro hat der Bau des 27 Kilometer langen Ringtunnels gekostet, durch den Protonen mit 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit rasen sollen. Pro Sekunde drehen sie mehr als 11.000 Runden. Erwartet werden fundamentale Erkenntnisse zum Urknall, zur Dunklen Energie und zur von Higgs theoretisch beantworteten Frage, woher Materie eigentlich ihre Masse hat.

Für Laien kaum zu verstehen

Weil die von Higgs entwickelte Theorie für Laien kaum zu verstehen ist, startete der britische Wissenschaftsminister William Waldegrave 1993 einen Aufruf an Physiker, die Idee auf einer A4-Seite zu erläutern. Waldegrave wollte, dass jeder versteht, wofür die britischen Steuergelder ausgegeben werden, die in den Bau des LHC gesteckt werden.

Margaret Thatcher läuft durchs Higgs-Feld

Am populärsten wurde das Cocktailparty-Gleichnis des Londoner Physikers David Miller. Die Teilnehmer einer politischen Feier sind gleichmäßig im Raum verteilt. Plötzlich kommt Margaret Thatcher herein. Sie läuft durch die Menge, sofort bildet sich eine Traube um sie. Dadurch erhält sie eine größere Masse. Wenn sie weiter läuft, treten Partyteilnehmer, denen sie sich nähert, auf sie zu. Andere, von denen sie sich entfernt, wenden sich von ihr ab und wieder ihren ursprünglichen Gesprächspartnern zu. "In drei Dimensionen und mit allen Komplikationen der Relativität ist das der Higgs-Mechanismus", schreibt Miller. Um Teilchen Masse zu verleihen, werde ein Hintergrundfeld erfunden, das lokal verbogen werde, sobald ein Teilchen sich durch das Feld bewege.

Vergleich mit einem Gerücht

Das Higgs-Boson vergleicht der Physiker mit einem Gerücht, das die Runde durch den Partyraum macht. Der Raum selbst ist das Higgs-Feld. Das Gerücht beginnt in einer Ecke, Leute stecken die Köpfe zusammen, um es zu hören. Dann wandert es in Richtung der anderen Ecke - als Zusammenballung von Menschen. Solche das Gerücht weitertragenden Zusammenballungen waren es letztlich auch, die Ex-Premierministerin Thatcher Masse verliehen haben. Thatcher war ein Teilchen, das Masse bekam. Das Gerücht, Symbol des Higgs-Bosons, bildet ebenfalls Cluster und muss demnach eine Masse haben.

Nachweis des Higgs-Boson steht aus

"Das Higgs-Boson ist als eine solche Zusammenballung des Higgs-Feldes vorhergesagt", erklärt Miller. Physiker würden viel eher an die Existenz des Higgs-Feldes und an den Mechanismus der Masseverleihung glauben, wenn es gelänge, das Higgs-Boson nachzuweisen.

"Wir müssen irgendetwas finden"

Wissenschaftler sind sich sicher, dass sie mit den gewaltigen Kollisionen am LHC in Sachen Higgs-Feld weiterkommen. "Wir müssen irgendetwas finden", sagt Wolfgang Mader von der TU Dresden, der eine Detektorkomponente am "Atlas"-Experiment betreut und schon seit Monaten am LHC in Genf arbeitet. Das Standardmodell der Teilchenphysik sei bei Energien, die man bisher bei Experimenten erreicht habe, gültig.

Existenz widerlegen?

"Mit dem LHC werden wir Energien erreichen, bei denen das Standardmodell Inkonsistenzen hat", erklärt Mader im Gespräch mit "Spiegel Online". "Wir werden auf jeden Fall neue Erkenntnisse gewinnen - ob es nun das Higgs-Boson ist oder nicht." Denkbar seien auch fünf Varianten des Higgs-Bosons, wie sie die Theorie der Supersymmetrie postuliere. Es könne auch sein, dass die Existenz von Higgs-Bosonen widerlegt werde, ergänzt Otmar Biebel von der Ludwig-Maximilian-Universität München, dessen Team ebenfalls am "Atlas"-Experiment mitarbeitet.

Peter Higgs Kandidat für den Nobelpreis

Wenn der Nachweis des sogenannten Gottesteilchens gelingt, dann wäre Peter Higgs, inzwischen 79 Jahre alt und emeritierter Professor, ein heißer Kandidat für den Nobelpreis. Der bescheidene und schüchterne Mann stünde vor dem größten Auftritt seines Lebens.

"Nur eine richtig gute Idee"

Dass ein Außenseiter wie Higgs die höchste Forscherehrung bekommen könnte, würde die beiden deutschen Physiker kaum verwundern. "Es ist nicht ungewöhnlich, wenn jemand in seiner Forscherlaufbahn nur eine richtig gute Idee hat", sagt Biebel. Man brauche Leute, die querdenken. "Womöglich sind Tausend solche Querdenker vonnöten, damit eine gute Idee dabei ist."

Wer soll den Nobelpreis kriegen?

"Ich hätte kein Problem damit, wenn er den Nobelpreis bekommt", meint Mader. Für ihn stellt sich im Falle der Entdeckung des Higgs-Bosons eine ganz andere Frage: "Welcher Experimentator würde dafür den Nobelpreis kriegen? Der Sprecher des Experiments? Der wechselt öfter." Am "Atlas"-Experiment seien Hunderte Forscher beteiligt. "Ich würde es als ungerecht empfinden, zwei, drei Leute aus dieser Gruppe herauszuheben", sagt Mader. "Ich denke, in einem solchen Fall ist es gerechtfertigt, den ursprünglichen Autor der Idee, Peter Higgs, auszuzeichnen."

Auch andere Physiker beteiligt

Wobei an dieser Stelle betont werden muss, dass außer Higgs auch andere Physiker an der Entwicklung der Higgs-Theorie mitgewirkt haben, etwa Robert Brout und François Englert. Welche Erkenntnisse auch immer am LHC in den nächsten Jahren gewonnen werden - der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften werden sie einiges Kopfzerbrechen bereiten.

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