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Felicitas Pauss Archäologin des Universums

Die Österreicherin Felicitas Pauss leitet das Labor für Hochenergiephysik an der ETH in Zürich, und sie ist mitverantwortlich für Planung und Bau des CMS-Detektors: ein 12.500 Tonnen schweres, 21 Meter langes und 16 Meter hohes Experiment, mit dem Zusammenstöße von Protonen im LHC beobachtet werden.

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Felicitas Pauss Quelle: ETH Zürich / Peter Rüegg

Was ist in den ersten Augenblicken nach dem Urknall geschehen und welche physikalischen Gesetze herrschten damals? Diesen Fragen gehen Forscher am CERN, dem Europäischen Teilchenphysik-Labor, nach. Bereits in den Achtzigerjahren wurde für die Suche nach Antworten der Beschleuniger LHC geplant, 1994 gab es grünes Licht für den Bau des insgesamt drei Milliarden Euro teuren "Large Hadron Collider".  Die 57-jährige Felicitas Pauss ist Teilchenphysikerin, die aus einer Salzburger Musikerfamilie stammt, liebt Trekkingtouren im Himalaja, doch sie kommt derzeit kaum zum Reisen. Dafür steht Felicitas Pauss im Sommer 2008 kurz vor der Erfüllung eines großen Ziels – dann heißt es für den neuen Teilchenbeschleuniger: go!

Können Sie das Kerngebiet Ihrer Arbeit kurz erklären?

Wir wollen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die während der ersten Augenblicke nach dem Urknall geherrscht haben, studieren, um zu verstehen, warum unser Universum heute so ist, wie es ist. Wir sind sozusagen die Archäologen des Universums. Mit unseren Experimenten am CERN können wir die ersten Augenblicke nach dem Urknall rekonstruieren. Diese sind unvorstellbar kurz: ein Hundertstel einer Milliardstel Sekunde. Zur Zeit des Urknalls gab es eine ungeheuer große Energie auf einem unvorstellbar kleinen Raum. Aus dieser Energie ist Materie entstanden, nach Einsteins berühmter Gleichung. Dann hat sich das Universum ausgedehnt und dabei abgekühlt. Es muss im Universum eine Kraft geben, die für diese Ausdehnung verantwortlich ist. Und es gibt eine Art Gegenkraft – die Schwerkraft, welche Materie anzieht. Sie hält zum Beispiel Galaxien zusammen. Wir wollen mit den Daten, die wir am LHC aufnehmen, neue theoretische Konzepte überprüfen und somit wichtigen Input für Theorien liefern.

Frauen, die forschen

Wissen Sie schon viel oder immer noch wenig?

Das Faszinierende ist, dass wir eigentlich schon sehr viel wissen. Aber je mehr Erkenntnisse wir gewinnen, umso mehr neue fundamentale Fragen tun sich auf. Zum Beispiel war es doch eine Überraschung, dass eigentlich nur vier Prozent der Materie im gesamten Universum die bekannte Materie ist, aus der Sie und ich auch bestehen. Die verbleibenden 96 Prozent setzen sich vor allem aus Dunkler Materie und Dunkler Energie zusammen. Wir wissen immer noch nicht, woraus diese rätselhafte Materie besteht und was die Dunkle Energie eigentlich ist.

Für die Dunkle Materie gibt es einen Kandidaten aus der Teilchenphysik, ein neues Teilchen, welches wir am LHC entdecken können, falls es wirklich existiert. Außerdem wollen wir der Frage nachgehen, wie Teilchen überhaupt eine Masse erhalten. Warum besteht heute unser Universum vor allem aus Materie, wenn es doch zu Beginn des Universums genau so viel Materie wie Antimaterie gegeben hat? Und: Gibt es vielleicht doch mehr als drei Raumdimensionen?

Das müssen sehr wichtige Fragen sein, wenn Sie schon seit so vielen Jahren daran arbeiten, wenn 10 000 Personen weltweit am CERN daran beteiligt sind, wenn so viel Geld in den Beschleuniger und die Experimente gesteckt werden, wenn Sie Unmengen von Daten sammeln …

… wir Teilchenphysiker finden das natürlich einfach interessant. Aber auch wenn ich einen öffentlichen Vortrag halte, stoßen unsere Fragen auf großes Interesse. Fast jeder fragt sich doch, wie die Sterne entstanden sind, wenn er nachts einen wunderbaren Sternenhimmel anschaut. Oder welches die kleinsten Bausteine sind, aus denen Menschen bestehen.

Was werden Sie herausfinden können?

Mit den Experimenten am LHC wollen wir, wie gesagt, einige ganz fundamentale Fragen beantworten. Ob die Antworten den derzeitigen theoretischen Konzepten entsprechen, wissen wir noch nicht. Etwas zu entdecken, das noch nicht von einer Theorie vorhergesagt ist, wäre aber auch spannend. Dass wir bestimmte Fragen beantworten können, davon bin ich überzeugt. Aber das wird wahrscheinlich noch einige Jahre dauern. Mit dem LHC beginnt ein neues Zeitalter der Grundlagenforschung. Ich schätze, dass nach 15 Jahren des Sammelns und der Analyse von Daten die Experimente sehr wichtige Beiträge geliefert haben werden.

Teil des drei Milliarden Euro Quelle: AP

Bedauern Sie, dass ein einzelnes Forscherinnenleben vielleicht gar nicht reicht, um herauszufinden, was Sie wissen wollen?

… ja, das ist schon so. Aber ich hatte auch das Glück, jetzt aktiv sein zu können. Das LHC-Projekt habe ich von Anfang an mitverfolgt, schon Ende der Achtzigerjahre habe ich daran mitgearbeitet. Und es ist ein Teil meines Lebens geworden. 1983, da hatte ich gerade am CERN angefangen, haben wir die Trägerteilchen der schwachen Wechselwirkung entdeckt. Das war ganz wesentlich, um zwei grundlegende Kräfte der Natur – die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung – zu einer einheitlichen Kraft zusammenzufügen. Schon ein Jahr später wurde Carlo Rubbia, der Sprecher dieses Experiments, an dem ich auch beteiligt war, für diese Entdeckung mit dem Physik-Nobelpreis belohnt. Eine faszinierende Phase. Insofern war ich zur richtigen Zeit am richtigen Ort.

Könnten Sie eigentlich auch etwas Gefährliches herausfinden?

Gefährlich nein. Was sollte denn gefährlich sein? Wir finden höchstens neue Teilchen oder neue Wechselwirkungen. Einige dieser möglichen Entdeckungen könnten aber sehr spektakulär sein. Zum Beispiel: Unsere tägliche Erfahrung sagt uns, dass wir in einer vierdimensionalen Raum-Zeit leben. Es gibt jedoch theoretische Konzepte, wonach es mehr Raumdimensionen geben könnte. Bei manchen Theorien ist dies sogar ein Muss. Eine faszinierende Idee!

Man ist aber nicht Teilchenphysikerin, weil man reich werden will?

Sicher nicht!

Sind Physiker glückliche Menschen, wenn sie an so faszinierenden Entdeckungen mitarbeiten?

(Sie denkt lange nach.) Ich weiß nicht. Es ist an und für sich wichtig, sich mit Dingen zu beschäftigen, die einen begeistern. Egal, welche.

"In der Teilchenphysik gibt es einfach andere Spielregeln"

Hat es Sie schon einmal gelangweilt?

Nein, noch nie! Ganz im Gegenteil: Ich habe nicht genug Zeit, um all die verschiedenen Aspekte in meinem Forschungsgebiet vollständig abzudecken. Dazu kommen noch andere Forschungszweige, die Musik und vieles mehr.

Aber ein bisschen Ruhm und Ehre beglücken schon auch?

Wie wichtig Anerkennung ist, ist Charaktersache. Bei den großen Kollaborationen, an denen ich beteiligt bin, ist das vielleicht ein bisschen schwieriger. Ich werde immer wieder mal gefragt, wie das eigentlich sei, wenn fast 2000 Wissenschaftler eine Publikation schreiben …

Das ist also nichts für Egoisten?

In der Teilchenphysik gibt es einfach andere Spielregeln. Wir müssen koordinierte Entscheidungen treffen, die das Beste für das Experiment sind. Wir verfolgen ja ein gemeinsames Ziel. In der Bauphase heißt das zum Beispiel: Der Detektor muss rechtzeitig fertig sein und exzellent funktionieren. ATLAS, das andere große Experiment am LHC, stellt natürlich eine Konkurrenz dar. Aber das ist für mich eine positive, konstruktive Konkurrenz.

Werden Sie nach so vielen Jahren jetzt nicht langsam auch ein bisschen ungeduldig?

Aber ja! Wir sind schon sehr neugierig darauf, Kollisionen zu sehen – und freuen uns auf diesen Moment. Die ersten Zusammenstöße, die wir aufnehmen und dann mithilfe unserer Eventdisplays anschauen können – das wird wunderbar! Die lange Phase der Vorbereitung war manchmal schon wie ein dunkler Tunnel. Und jetzt sehen wir endlich das Licht am Ende. Der LHC ist ein weltweit einmaliges Projekt.

Dass wir es geschafft haben, diese technologische Komplexität des CMS-Experiments zu meistern, ist schon eine außergewöhnliche Leistung. Dass die verschiedenen Detektor-Komponenten aus der ganzen Welt hierher kamen und eingebaut wurden, dass das funktionierte – das beeindruckt mich immer wieder. Wir konnten vor 15 Jahren noch nicht sagen: ›Wir wissen jetzt, wie der CMS-Detektor in allen technischen Details aussehen wird.‹ Das Zusammenbauen war wirklich kein Kinderspiel. Das Zusammenspiel von so vielen Leuten auch nicht. Aber wir haben es geschafft – und das ist großartig.

Teilchenphysiker sind also auch so etwas wie Teilchen?

Ich vergleiche unsere CMS-Zusammenarbeit gerne mit einem großen Sinfonieorchester. In einem exzellenten Orchester müssen alle Musikerinnen und Musiker ihr Instrument ausgezeichnet beherrschen. Aber für ein gutes Konzert müssen auch alle perfekt zusammenspielen.

Und am CERN?

Wir brauchen vom Physiker, der sich auf die Analyse spezialisiert hat, bis zum Techniker die ganze Palette für den Bau dieser hochkomplexen großen Anlage bis hin zu Publikationen von neuen Ergebnissen. Die verschiedensten Instrumente sozusagen. Und auch im CMS muss gut zusammengespielt werden. In meiner Jugend habe ich viel Musik gemacht und dieses Zusammenspiel gelernt. Auch die Präzision habe ich in der Musik gelernt. Ich habe mit Geige angefangen, dann Klavier und Orgel und später noch Querflöte gespielt. Heute spiele ich leider aus Zeitgründen nicht mehr. Denn nur wenn man fleißig übt, ist das Musizieren ein Vergnügen!

Haben Sie die Teilchenphysik gesucht oder hat sie Sie gefunden?

Die Grundbausteine der Materie haben mich schon in der Schule fasziniert, und auch technische Geräte, mit denen man experimentieren kann. Aber damals wurde mir gesagt: Das ist nichts für Mädchen. Es war die reine Neugierde und meine Begeisterung für Physik, die sich am Ende gegen alle Widerstände durchgesetzt haben.

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