Cern: Forscher auf der Suche nach der Supersymmetrie

Cern: Forscher auf der Suche nach der Supersymmetrie

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Der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) im Europäischen Kernforschungszentrum Cern.

Warum gibt es uns, wie funktioniert das Universum? Antworten suchen Physiker nahe Genf mit Hilfe des größten Teilchenbeschleunigers der Welt. Nach seiner Runderneuerung wird er jetzt wieder hochgefahren.

Bei diesen Superlativen schlagen Forscherherzen schneller: der größte Teilchenbeschleuniger, die komplexeste Maschine der Welt. Und die „coolste“. Auf 1,9 Kelvin - minus 271,25 Grad Celsius - werden die supraleitenden Magnete des Large Hadron Collider (LHC) heruntergekühlt.

Das ist nötig, damit in der 27 Kilometer langen unterirdischen Vakuumröhre zwischen dem französischen Jura und dem Genfer See Elementarteilchen dank der nie zuvor erreichten Energie von 13 Teraelektronenvolt fast tausendmal stärker als bisher beschleunigt und aufeinander losgejagt werden können.

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Davon versprechen sich die Wissenschaftler am Europäischen Kernforschungszentrum (Cern) neuartige Teilchenkollisionen, aus deren Zerfallsprodukten sensationelle Erkenntnisse über die Struktur des Universums gewonnen werden könnten. Mit dem in zweijähriger Arbeit umfassend modernisierten LHC gibt es nicht nur größere Chancen, Schwestern oder Brüder des vor knapp drei Jahren im LHC entdeckten Higgs-Teilchens zu finden.

„Vielleicht gelingt uns der Aufbruch in das dunkle Universum“, sagt der deutsche Cern-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer. Und seine designierte Nachfolgerin, die maßgeblich an der Entdeckung des Higgs-Teilchens beteiligte italienische Physikerin Fabiola Gianotti, fügt hinzu: „Dieser enorme Energieschub gibt uns viel größere Möglichkeiten, fundamentale Fragen der Menschheit nach dem Wesen des Universums zu beantworten, darunter Fragen nach der Beschaffenheit der Dunklen Materie.“

Das Higgs-Boson ist ein wichtiger Baustein im Standardmodell der Materie. Es ist jenes Teilchen, das allen anderen Masse verleiht, ohne die sie wie Irrlichter durchs All schwirren würden. Blieben sie masselos, gäbe es keine Materie. Laien erklärt Heuer das gern so: „Sie und ich würden ohne dieses Teilchen nicht hier sitzen, es gäbe uns gar nicht.“

Noch größer als Entdeckung des Higgs-Teilchens

Seine Existenz hatten vor einem halben Jahrhundert der Brite Peter Higgs und der Belgier François Englert vorausgesagt. Nachdem ihre Theorie bewiesen wurde, erhielten sie 2013 den Physik-Nobelpreis. Bei den Experimenten mit dem neuen LHC geht es um wissenschaftliche Triumphe in ähnlicher oder gar noch größerer Dimension.

Seit das letzte Puzzleteil im Standardmodell der Materie nachgewiesen wurde, hoffen Forscher auf Entdeckungen, die weiterführende, teils erheblich kompliziertere Theorien über die Zusammensetzung und Funktionsweise des Universums bestätigen oder auch klar widerlegen.

Die Physik-Nobelpreisträger der vergangenen zehn Jahre

  • 2004

    David J. Gross, H. David Politzer und Frank Wilczeck, alle USA - für die Entdeckung der asymptotischen Freiheit in der Theorie der Starken Wechselwirkung.

  • 2005

    Theodor W. Hänsch, Deutschland, und John L. Hall, USA - für Beiträge zur Entwicklung der laserbasierten Präzisionsspektographie, einschließlich der Technik des optischen Frequenzkamms.

    Roy J. Glauber, USA - für Beiträge zur Quantentheorie der optischen Kohärenz.

  • 2006

    John Mather und George Smoot, beide USA - für die Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung.

  • 2007

    Peter Grünberg, Deutschland und Albert Fert, Frankreich - für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR).

  • 2008

    Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa, beide Japan - für die Entdeckung des Ursprungs des gebrochenen Symmetrie, welche die Existenz von mindestens drei Quarkfamilien voraussagt.

    Yoichiro Nambu, USA - für die Entdeckung des Mechanismus der spontanen Symmetriebrechung in der Elementarteilchenphysik.

  • 2009

    Charles Kuen Kao, USA/Großbritannien - für seine Erfolge auf dem Gebiet der Lichtleitung mittels Fiberoptik für optische Kommunikation.

    Willard Sterling Boyle, USA/Kanada; George Elwood Smith, USA - für die Erfindung des CCD-Sensors.

  • 2010

    Andre Geim, Niederlande und Konstatin Nowoselow, Großbritannien/Russland - für grundlegende Experimente mit dem zweidimensionalen Material Graphen.

  • 2011

    Saul Perlmutter, USA, Brian Schmidt, Australien und Adam Riess, USA - für die Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums durch Beobachtungen weit entfernter Supernovae.

  • 2012

    Serge Haroche aus Frankreich und David Wineland, beide USA - für Fallen, mit denen sich geladene Teilchen (Ionen) und Licht (Photonen) einfangen lassen. Sie schufen damit Grundlagen für genauere Uhren und grundsätzlich neue Computer.

  • 2013

    Der Belgier François Englert und der Brite Peter Higgs für die Vorhersage des Higgs-Teilchens.

Dazu gehört die Supersymmetrie, kurz „Susy“. Diese Theorie würde Lücken im Standardmodell und damit im Verständnis der Grundlagen unserer Welt schließen helfen - wenn sie sich denn bestätigen ließe. Das wiederum würde den Weg weisen in völlig unerkundete Weiten: „95 Prozent des Universums verstehen wir nicht, das sind Dunkle Materie und Dunkle Energie“, sagt Gianotti. „Wir schauen, was wir mit dem LHC entdecken werden und überlegen dann, was dies für künftige Theorien zum Aufbau der Welt bedeutet.“

Mit den Cern-Experimenten beschäftigen sich weltweit Tausende Wissenschaftler. Deutschland trägt 20 Prozent des Cern-Budgets von jährlich einer Milliarde Franken (935 Millionen Euro). Da stellen Haushaltspolitiker schon mal Fragen nach dem Nutzwert. Doch ohne Grundlagenforschung wären viele praxistaugliche Entdeckungen kaum möglich. Nuklearmedizinische Diagnostik ist ohne Erkenntnisse am Cern unvorstellbar. Und das World Wide Web, ohne das es kein Internet gäbe, war ein Nebenprodukt der Cern-Forschung.

Fragen nach dem Nutzen der Grundlagenforschung beantwortet Heuer gern mal mit einer Anekdote: Als der englische Physiker Michael Faraday (1791-1867) einst von Schatzkanzler William Gladstone gefragt wurde, was für einen Nutzen die Erforschung der Elektrizität überhaupt habe, soll er gesagt haben: „Ich habe keine Ahnung, Sir. Aber ich bin sicher, Ihre Nachfolger werden schöne Steuern darauf eintreiben.“

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