Durchbruch in Genf

04. Juli 2012 08:23; Akt: 04.07.2012 17:35 Print

CERN-Forscher finden wohl das «Gottesteilchen»

Sensation am CERN: Wissenschaftler haben ein neues Teilchen nachgewiesen, bei dem es sich höchstwahrscheinlich um das Higgs-Boson handelt. Was ist das für ein Teilchen, das die Physiker so verzückt?

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Seit 1964 jagen Wissenschaftler auf der ganzen Welt einem winzigen Teilchen nach. Das nach dem britischen Physiker Peter Higgs benannte Higgs-Boson gilt als letzter unbekannter Baustein der Materie. Nun gelang am CERN ein Durchbruch von womöglich historischem Ausmass.

«Wir haben eine Entdeckung - wir haben ein Teilchen gefunden, das konsistent mit dem Higgs-Boson ist», sagte Cern-Generaldirektor Rolf Heuer am Mittwoch im Cern-Auditorium in Genf. Damit bestätigte er unter donnerndem Applaus und Jubelrufen offiziell, dass die Teilchenphysiker nach mehreren Jahrzehnten der Suche das letzte bislang nicht nachgewiesene Teilchen im Standardmodell der Physik – das sogenannte Gottesteilchen – gefunden haben. Dies sei ein Meilenstein im Verständnis der Natur, freute sich Heuer – und Sergio Bertolucci, der Forschungsdirektor des Cern, fügte hinzu: «Es ist schwierig, nicht begeistert von diesen Resultaten zu sein».

Auch der Namensgeber des Teilchens, Peter Higgs, war an diesem geschichtsträchtigen Morgen zu Gast in Genf. Er zeigte sich überwältigt davon, dass das physikalische Rätsel, dem er einen Grossteil seines wissenschaftlichen Schaffens gewidmet hat, bald gelöst sein könnte. Er habe kaum geglaubt, dass der experimentelle Nachweis noch zu seinen Lebzeiten gelingen werde, sagte der 83-Jährige. Das sei ein «gewaltiger Erfolg» und «wirklich grossartig».

Fehlerwahrscheinlichkeit verschwindend klein

Die Cern-Forscher bezeichnen ihr Ergebnis noch als vorläufig, da die Auswertungen nicht abgeschlossen seien. Man müsse noch prüfen, ob sich das neu entdeckte Teilchen tatsächlich mit Fermionen, den Teilchen der normalen Materie, verbinde. Denn erst dieser Prozess sei es, der der Materie die Masse verleihe - und der das Standardmodell Higgs-Boson charakterisiere. «Dazu brauchen wir vermutlich noch dieses Jahr», prognostiziert der Leiter des Instituts für Experimentelle Kernphysik am Karlsruher Institut für Technologie und langjährige Mitarbeiter am Cern, Professor Thomas Müller.

All dieser Bescheidenheit zum Trotz: Die Forscher lassen durchblicken, dass die grosse Sensation ganz kurz bevorsteht. Übersetzt in die Laiensprache würde er sagen: «Wir haben es», verkündete Cern-Generaldirektor Rolf Heuer während seiner Präsentation. In dasselbe Horn stiess auch Forschungsdirektor Bertolucci: «Mit aller nötigen Vorsicht, die geboten ist, sieht es für mich nun so aus, dass wir an einem Schlüsselpunkt angelangt sind.»

Gewaltige Apparatur zur Erforschung des Winzlings

So klein das Teilchen, so gewaltig die Apparatur, die eingesetzt wird, um ihm auf die Spur zu kommen: Am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf fahnden die Physiker mit dem gigantischen Large Hadron Collider (siehe Infografik) nach dem mysteriösen Winzling. Der ringförmige Teilchenbeschleuniger ist mit einem Umfang von 26,7 Kilometern der grösste bisher gebaute Apparat dieser Art.

Bereits im Vorfeld war spekuliert worden, dass heute tatsächlich das sogenannte Gottesteilchen vorgestellt werden könnte, als ein Patzer des CERN bekannt wurde. Offenbar hat das Forschungszentrum am Dienstag kurzzeitig versehentlich ein Video ins Netz gestellt, in dem die Beobachtung eines neuen Teilchens bestätigt wird, wie focus.de berichtet. Das inzwischen wieder entfernte Video soll von der US-Zeitschrift «Science News» entdeckt worden sein und sich mittlerweile in einem passwortgeschützten Teil der Website befinden. Eine CERN-Sprecherin wiegelte gegenüber dem US-Magazin ab; das Video sei eines von mehreren Szenarien, die bezüglich der Stellungnahme zum Higgs-Boson aufgenommen worden seien. Offenbar wusste selbst die Pressestelle noch nicht, was die Wissenschaftler heute vermelden wollten.

Das Higgs-Teilchen ist für die Atomphysiker deshalb so wichtig, weil seine Existenz eine entscheidende Bestätigung für das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik wäre. Dieses Modell, das in den vergangenen Jahrzehnten aufgestellt wurde, erklärt drei der vier physikalischen Grundkräfte: die starke und die schwache Wechselwirkung und die elektromagnetische Wechselwirkung. Verkürzt gesagt, beschreibt das hochgradig abstrakte Modell Materie-Teilchen und Kraft-Teilchen, die die Materie zusammenhalten. Bei der elektromagnetischen Wechselwirkung kommt das masselose Photon zum Zug, das die Kraft zwischen zwei elektrisch geladenen Teilchen vermittelt. Bei der schwachen Wechselwirkung sind es die massiven Z- und W-Bosonen.

Das Feld, das Masse verleiht

Das Problem des Modells ist nun, dass diese Teilchen eigentlich gar keine Masse besitzen dürften. Dem hilft das Higgs-Modell ab, das ein sogenanntes Higgs-Feld postuliert. Erst in der Wechselwirkung mit diesem Feld erhalten die Z- und W-Bosonen Masse. Dieses Higgs-Feld kann man sich als unsichtbares Feld vorstellen, ähnlich wie ein magnetisches Feld, in dem die Teilchen abgebremst werden. Je stärker ein Teilchen auf das Feld reagiert, desto mehr Masse hat es.

Das Higgs-Feld wiederum steht und fällt mit der Existenz des Higgs-Bosons, das als einziges Elementarteilchen des Standardmodells noch nicht nachgewiesen ist. Dieses postulierte Teilchen wechselwirkt mit allen Elementarteilchen, die Masse haben. Oder anders ausgedrückt gewinnen diese Elementarteilchen Masse, indem sie mit dem Higgs-Teilchen wechselwirken.

Der Nachweis des Higgs-Teilchens wäre eine der wichtigsten wissenschaftlichen Errungenschaften der letzten hundert Jahre. Wohl aus diesem Grund wird das Higgs-Boson auch gern «Gottesteilchen» genannt – als ob sein Nachweis alle offenen Fragen beantworten könnte. Das Standardmodell der Teilchenphysik erklärt freilich lange nicht alles: Die Gravitation zum Beispiel, die vierte der grundlegenden vier Kräfte in der Physik, kommt in dem Modell gar nicht vor. Und auch auf die ewige Frage, warum wir existieren und zu welchem Zweck, gibt das «Gottesteilchen» keine Antwort.

Mit Material der Nachrichtenagentur SDA.

(dhr)