Aktualisiert 05.07.2012 11:31

«Gottesteilchen»«Wie eine Nadel in ganz vielen Heuhaufen»

Die Physiker jubeln: Mit grosser Sicherheit ist es gelungen, das lange gesuchte Higgs-Teilchen nachzuweisen. 20 Minuten Online sprach mit einem Experten über Bosonen und Teflon-Pfannen.

von
Daniel Huber

Es ist eine Sternstunde der Wissenschaft: Den Physikern am Kernforschungszentrum CERN in Genf ist der Nachweis eines neuen Elementarteilchens gelungen. Mit grosser Wahrscheinlichkeit handelt es sich dabei um das Higgs-Boson, das auch «Gottesteilchen» genannt wird.

20 Minuten Online sprach mit Professor Christoph Grab vom Institut für Teilchenphysik der ETH Zürich über das mysteriöse Teilchen und seine Folgen für Physik und Alltag.

Alle Welt spricht vom Higgs-Teilchen. Wie muss man sich dieses Elementarteilchen denn vorstellen?

Christoph Grab: Vorstellen – das ist schwierig. Es gibt viele Bilder, aber die sind eben immer verzerrt. Wir haben es hier mit einem höchst abstrakten Gebiet zu tun. Da muss man ein wenig ausholen.

Bitte!

Eigentlich muss man zuerst vom Higgs-Mechanismus reden. Diese Theorie löst ein Problem des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik, die die starke und die schwache Wechselwirkung sowie die elektromagnetische Wechselwirkung erklärt. Zwischen den Materieteilchen werden winzige Kraftteilchen, die Bosonen, ausgetauscht. Diese dürften eigentlich keine Masse haben, und bei den Photonen ist das auch der Fall. Nicht aber bei den Z- und W-Bosonen – die haben eine Masse. Um diese Asymmetrie zu brechen, führt man ein sogenanntes Higgs-Feld ein. Damit erklärt man die Masse.

Was hat das mit dem Higgs-Teilchen zu tun?

Das Higgs-Feld ist wie jedes Quantenfeld mit einem Teilchen verknüpft. Beim Higgs-Feld ist es das Higgs-Teilchen.

Ist das neu gefundene Teilchen denn überhaupt das lang gesuchte Higgs-Boson?

Es ist kompatibel mit dem Standardmodell-Higgs. Seine Eigenschaften werden nun mit weiteren Experimenten erforscht. Bis Ende Jahr sollte der endgültige Nachweis erbracht sein.

Warum war das Higgs-Teilchen denn so schwierig zu finden?

Solche Teilchen sind ohne Teilchenbeschleuniger gar nicht zu finden. Das Z- und das W-Boson wurden erst 1983 nachgewiesen. Auch das Higgs-Teilchen wurde ja nicht direkt gefunden, sondern über die Analyse der Zerfallsprodukte im Teilchenbeschleuniger. Dabei gab es zwei Probleme: Zum einen ähnelt das Erscheinungsbild des Zerfalls stark den Mustern, die beim Zerfall anderer Teilchen auftreten. Und zum zweiten treten sie sehr selten auf.

Wie eine Nadel im Heuhaufen?

Wie eine Nadel in ganz vielen Heuhaufen.

Um den Nutzen der Raumfahrt zu belegen, wies man früher oft auf die Teflon-Pfanne hin, die ein Nebenprodukt des Raumfahrtprogramms gewesen sei. Was kann ich in zehn Jahren in meiner Küche von der Higgs-Forschung erwarten?

Im Moment ist natürlich noch kein praktischer Nutzen absehbar. Aber aus der Grundlagenforschung sind schon früher wertvolle Spin-offs hervorgegangen: Wenn Sie Daten übers Internet verschicken, nutzen Sie Technik, deren Grundlage bei der Forschung am CERN entwickelt wurde. Und wenn Sie für eine Magnetresonanztomographie ins Spital müssen, dann treffen Sie ebenfalls auf Technik aus dem CERN.

Teilchenbeschleuniger sind teure Apparate. Böse Zungen behaupten, nach der Schlappe mit den Neutrinos, die vermeintlich schneller als das Licht waren, habe das CERN einen PR-Erfolg nötig gehabt, um die Forschungsgelder zu rechtfertigen.

Moment, diese fehlerhaften Messungen fanden nicht am CERN statt, sondern wurden im Rahmen des OPERA-Experiments auf dem Gran Sasso in Italien durchgeführt. Nur die Bekanntgabe der Ergebnisse erfolgte am CERN. Was die Kosten betrifft: Natürlich sind die gross, wenn man ganze Projekte betrachtet. Zum Beispiel das CMS-Experiment am CERN, an dem die ETH Zürich seit 1994 mitarbeitet: Es wird noch weitere zehn Jahre dauern, und Tausende von Forschern sind daran beteiligt. Wenn man aber die Gesamtkosten auf den einzelnen Wissenschaftler pro Jahr herunterbricht, sieht es sofort wieder anders aus.

Wird man bald auch die letzte grundlegende physikalische Kraft, die Gravitation, in das Standardmodell der Teilchenphysik integrieren können?

Diese Hoffnung besteht natürlich. Viele Leute arbeiten daran. Aber im Moment ist man noch weit davon entfernt. Es handelt sich um ein theoretisches Modell, das erst noch experimentell bestätigt werden muss. Das gilt auch für die Dunkle Materie, die möglicherweise mit supersymmetrischen Teilchen zu tun hat – vielleicht aber auch nicht.

Ist mit dem Higgs-Teilchen die ersehnte Weltformel näher gerückt – also die Erklärung der Welt in einer einzigen physikalischen Grosstheorie?

Es ist auf jeden Fall ein Schritt in diese Richtung. Es ist ein weiterer Puzzle-Teil, der sich in das gesamte Puzzle fügt. Es ist ein Meilenstein, aber es bleiben Fragen offen.

Werden wir diese Weltformel jemals entdecken – wird das ganze Puzzle jemals gelöst vor uns liegen?

Das glaube ich nicht. Die Natur ist immer wieder für eine Überraschung gut. Aber das ist eher eine philosophische Frage.

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