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In diesen Tagen geht – nach mehreren reparaturbedingten Verzögerungen – am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf der Large Hadron Collider (LHC) in Betrieb, der größte Teilchenbeschleuniger der Welt. Protonen kollidieren mit einer Energiedichte, wie Sie noch nie zuvor auf der Erde erzeugt wurde. Die Physiker des CERN wissen nach eigenen Aussagen nicht, was sie entdecken werden. Einige hoffen, das Higgs-Teilchen zu finden, das letzte noch fehlende Teilchen des „Standardmodells“ der Elementarteilchenphysik. Andere hoffen auf völlig unerwartete Entdeckungen, die uns einen Hinweis auf eine neue Physik hinter dem Standardmodell liefern. Noch nie waren die Physiker so gespannt darauf, welche Überraschungen sie erwarten dürfen.

Viele Wissenschaftler hoffen, dass am LHC mikroskopische Schwarze Löcher erzeugt werden können, wie sie zum Beispiel im Rahmen der String-Theorie vorhergesagt werden und zur Vermessung von verborgenen Raumdimensionen dienen können. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, es sei nicht auszuschließen, dass solche kleinen Schwarzen Löcher ganz einfach durch zufällige Begegnung mit Materie wachsen könnten und schließlich zur Zerstörung der Erde führen. Das CERN dementiert diese Befürchtungen.

Die theoretische Möglichkeit einer vollständigen Zerstörung der Erde noch in unserer Generation wird zwar im CERN-Sicherheitsreport rein rechnerisch bestätigt, aber aufgrund theoretischer Überlegungen aus der Astronomie ausgeschlossen. Niemand möchte das über 6 Milliarden Euro teure Experiment aufgrund einer nur „hypothetischen“ Gefahr absagen.

MBH

Ein Schwarzes Loch ist eine Singularität der Raumzeit, wie sie von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde und immer dann entsteht, wenn Materie über eine bestimmte Grenze – den „Schwarzschildradius“ – hinaus zusammengepresst wird. Die Folge ist, dass nicht einmal Licht dem Inneren eines Schwarzen Lochs entkommen kann und alle zusätzliche Materie, die in das Schwarze Loch fällt, vollständig in Energie zerstrahlt wird. Schwarze Löcher sind als astronomische Objekte mittlerweile recht gut erforscht. Sie entstehen, wenn hinreichend große Sterne nach dem Aufbrauchen ihres Brennstoffs nicht mehr genügend Strahlungsdruck besitzen, um der Schwerkraft ihrer eigenen Masse entgegenzuwirken.

Bei der Entstehung eines Schwarzen Lochs kommt es nur auf die Dichte an, nicht auf die Gesamtmasse. Schwarze Löcher kann es in allen Größen geben – ist die Energiedichte groß genug, reichen zwei Protonen aus, um eine kleine Singularität zu erzeugen. Während die astronomischen Schwarzen Löcher allein durch ihre große Masse alle Materie in ihrer Umgebung ­anzieht und verschlingt, ist ein in einem Teilchenbeschleuniger erzeugtes, mikroskopisches Schwarzes Loch („Mini Black Hole“ – MBH) zu klein, um aktiv Materie aufzusaugen. Jedoch wird es, wenn es nicht zerfällt, durch zufällige Begegnung mit Materie wachsen. Die Berechnungen variieren zwischen 27 und mehreren Milliarden Jahren, bis ein solches MBH die gesamte Materie der Erde vernichtet hat – je nach dem, welche Parameter man in die Schätzung einfließen lässt. Die Parameter zu schätzen ist reine Spekulation.

Lange galt es unter Wissenschaftlern als unwahrscheinlich, dass die Energie in von Menschen geschaffenen Teilchenbeschleunigern groß genug wäre, um MBHs zu erzeugen. Inzwischen ist die Physikerwelt in zwei Hälften gespalten, wobei die Anhänger der String-Theorie zumeist auch überzeugt sind, dass sich am LHC Schwarze Löcher produzieren lassen.

Unbewiesene Hypothesen

Die Sicherheitsstudie des CERN aus dem Jahre 2003 enthält nur ein einziges Argument gegen die Gefährdung durch MBHs: Nach einer 30 Jahre alten Theorie von Stephen Hawking sollten kleine Schwarze Löcher direkt nach ihrem Entstehen wieder zerstrahlen. Wenn dieser Prozess schnell genug abläuft, hätten die Schwarzen Löcher keine Chance, durch zufälligen Kontakt mit Materie zu wachsen.

Unabhängig davon, ob die „Hawkingstrahlung“ überhaupt existiert, musste die Zeit bis zum Zerstrahlen eines MBHs inzwischen mehrfach von den Physikern korrigiert werden. Angefangen hat es mit 10E-85 Sekunden, spätere Berechnungen kamen zum Ergebnis 10E-26 Sekunden. Erst im Januar 2009 wurde die maximale Lebensdauer auf bis zu 100 Sekunden nach oben korrigiert.

In den folgenden Jahren gab es weitere Untersuchungen von Wissenschaftlern, die eine potentielle Gefahr ausschließen sollten. Die umfangreichste Studie ist die von Giddings und Mangano aus dem Jahr 2008. Zwar ist diese Studie weitaus differenzierter als die von 2003, jedoch werden auch hier einige zwar recht wahrscheinliche aber nichtsdestotrotz unbewiesene Hypothesen herangezogen, um eine Gefahr auszuschließen. Der neue offizielle Sicherheitsreport des CERN von 2008 beruft sich im wesentlichen auf diese Arbeiten von Giddings und Mangano.

Die Studie ist wie folgt aufgebaut: Zunächst wird die Dauer berechnet, bis ein potentiell stabiles MBH, welches also nicht durch Hawkingstrahlung zerfällt, die gesamte Erde assimiliert (verschlungen) hat. Mittels einiger hierfür geschätzter Parameter kommen Sie zu einem Ergebnis von irgendwo zwischen 6 bis 80 Milliarden Jahren. Mit anderen Parametern kommen dieselben Physiker auf 600.000 Jahre, lineares Wachstum vorausgesetzt.

Ein Schönheitsfehler

Auf den dramatischeren Schätzwert von minimal 27 Jahre kommt der Physikprofessor Horst Stöcker von der Universität Frankfurt am Main – aber auch er hält die Gefahr, dass es dazu kommt, für gering. Stöcker hat übrigens sogar ein Patent angemeldet für eine Erfindung, wie sich durch kontrolliertes „Füttern“ eines Schwarzen Lochs mit Materie die Energieprobleme der Menschheit lösen lassen.

Das populärste Argument, um die Gefahr von künstlich erzeugten Schwarzen Löchern kleinzureden, funktioniert durch den Vergleich mit der kosmischen Höhenstrahlung: Die Kollisionsenergie am LHC entspricht der gleichen Energie, als würde ein Teilchen der sogenannten kosmischen Höhenstrahlung mit einer Energie von 10E17 Elektronenvolt auf ein Teilchen der Atmosphäre treffen. Da wir davon ausgehen, dass die kosmische Höhenstrahlung aus Protonen besteht, die zum Teil eine Energie von sogar über 10E19 Elektronenvolt besitzen, müssten also ohnehin ständig kleine schwarze Löcher in der Atmosphäre entstehen. Das LHC wiederholt also angeblich nur das, was die Natur ohnehin ständig tut.

Dieses sehr einfache und einleuchtende Argument hat jedoch einen Schönheitsfehler. Durch kosmische Höhenstrahlung erzeugte Schwarze Löcher sind alle sehr schnell und würden die Erde im Sekundenbruchteil einfach durchtunneln und im All verschwinden, je nachdem wie groß ihre Ladung ist, was man nicht weiß. Am LHC hingegen kollidieren zwei entgegengesetzte Teilchenstrahlen gleicher Energie. Hieraus resultierende Schwarze Löcher hätten, weil sich die Impulse gegenseitig aufheben, nur eine sehr geringe Geschwindigkeit und würden von der Schwerkraft der Erde eingefangen. Auf ihrem Weg zum Erdmittelpunkt würden sie, zunächst durch zufällige Begegnung, später durch aktives Anziehen von Materie, wachsen. Schlimmstenfalls 27 Jahre lang bis zur Vernichtung der gesamten Erde.

Laut Aussage des CERN gilt der Vergleich mit der kosmischen Höhenstrahlung aber doch als Beweis für die Ungefährlichkeit der Experimente. Es gibt es im Weltall zahlreiche Objekte mit erheblich viel größerer Dichte als die Erde, darunter zum Beispiel sogenannte Neutronensterne und Weiße Zwerge. Die Dichte eines Neutronensterns ist sogar so hoch, dass Materie in ihm ihren gewohnten Aufbau verliert. Falls sich nun durch kosmische Strahlung (oder einen Teilchenbeschleuniger) tatsächlich MBHs erzeugen lassen, dann würden sie sicherlich öfters von diesen massiven Himmelsobjekten eingefangen. Und innerhalb kürzester Zeit würden die Neutronensterne und Weißen Zwergsterne von den MBHs von Innen verschlungen. Da wir jedoch seit vielen Jahren sehr viele solcher Objekte beo­bachten, schließen die Wissenschaftler, dass diese Gefahr nicht existiert. Und wenn nicht für Neutronensterne und Weiße Zwerge, dann noch viel weniger für die wesentlich leichtere Erde.