Der Schampus wird warm

Higgs Der Teilchenphysik gehen allmählich die Orte für ihre Suche nach dem „Gottesteilchen“ aus. Endet das Projekt am CERN als Flop?

Seit fast 20 Jahren ist Bill Murray auf der Suche nach jenem subatomaren Teilchen, von dem Physiker glauben, dass es den elementaren Bausteinen des Universums ihre Masse verleiht. Im Laufe dieser zwei Jahrzehnte sah der 45-jährige Forscher aus Edinburgh zu, wie die Suche nach dem heiligen Gral der Physik um einen immer kleiner werdenden Bereich des Subatomaren kreiste – ein Ausschlussverfahren, das seinen Höhepunkt vor einem Jahr mit der Inbetriebnahme des Large Hadron Collider (LHC) am CERN erlebte. Seither haben Forscher mit energiereichen Protonen eine Flut von nuklearen Kollisionen erzeugt. Vom Higgs aber fand man im nuklearen Trümmerhaufen nicht eine einzige Spur.

Damit bleiben nicht mehr viele Optionen für die Higgs-Suche übrig – und allmählich werden die beteiligten Forscher unruhig. Auch Murray: „1993 bekam ich einen Job, weil ich das Higgs finden wollte“, erzählt er. „Erst in den vergangenen Monaten ist mir in den Sinn gekommen, dass es womöglich gar nicht existiert.“ Nicht nur er denkt so. „In diesem Jahr haben wir fast alle Energiebereiche, in denen das Higgs hätte stecken können, ausgeschlossen“, sagt CERN-Forschungsdirektor Sergio Bertolucci. „Es ist, als pumpe man Wasser aus einem Teich. Der Teich ist jetzt fast leer, für die Suche nach dem Higgs bleiben bloß noch ein paar matschige Pfützen übrig. Wenn es da nicht ist, werden wir zugeben müssen, dass es nicht existiert.“

Damit gerät die Physik an einen kritischen Punkt. Das Higgs-Boson – das letzte fehlende Teilchen des Standardmodells, der derzeit akzeptierten Theorie der modernen Physik– wird gefunden, oder seine Existenz wird widerlegt. Entweder bestätigt der Fund die Forscher in ihren Annahmen, und es gibt dafür einen Nobelpreis. Oder aber die Annahmen erweisen sich als falsch. Dann wäre die Physik gezwungen, eine neue Theorie zu entwickeln – nicht nur, um erklären zu können, warum Dinge (und Menschen) eine Masse haben.

Es leuchtet ein, dass diese Aussicht die zehntausend Wissenschaftler, die am europäischen Kernforschungszentrum CERN arbeiten, nicht unberührt lässt. Der Teilchenbeschleuniger unter ihren Füßen produziert unablässig Daten. Ob die Forscher sie zu deuten vermögen, ist aber noch immer unklar. Die Aufregung ist besonders gut in der großen, baufälligen und neonbeleuchteten Cafeteria zu spüren. Tag und Nacht sitzen Techniker, Forscher und Theoretiker mit ihrem Bier auf Sperrholzstühlen an langen Plastiktischen und streiten über die Aspekte der Teilchenphysik. Einige machen an ihren Laptops herum, andere kritzeln auf ihre Notizblöcke. Viele starren auf die riesigen Plasmabildschirme, die das Verhalten der Partikelstrahlen im Beschleuniger darstellen. Es geht nicht zuletzt um den Lebensunterhalt der Forscher: „Während der Experimente entstehen mittlerweile ernsthafte Spannungen“, gesteht Murray, ein Arbeitsgruppenleiter. „Ich habe zwar noch keine Wutausbrüche erlebt, aber die Diskussionen werden heftiger.“

Der fehlende Beleg

Das Higgs-Teilchen wurde 1964 von einer Gruppe Physiker um Peter Higgs von der Universität von Edinburgh postuliert, um zu erklären, warum subatomare Teilchen überhaupt eine Masse haben. Die Theorie geht von einer Art Gitter aus – Higgsfeld genannt ­–, welches das Universum füllt. Bewegt sich ein Partikel hindurch, verbeult das Feld und tauscht ein sogenanntes Boson mit ihm aus, ein Kräfteteilchen, das dem Partikel dann seine Masse verleiht.

Die These wurde akzeptiert – obwohl experimentelle Belege fehlten. Es ließen sich damals keine hinreichend energiereichen Kollisionen erzeugen, um schwere Teilchen wie das Higgs aufzuspüren. Das Higgs war mithin ein gewichtiger Grund für den Bau des 5,8 Milliarden Euro teuren LHC – eines Beschleunigers, der die Dimension der Londoner Circle Line hat und auf den Milliardstel Millimeter genau gebaut ist. Seit einem Jahr funktioniert er perfekt und liefert fünfmal so viele Daten wie erwartet. Pro Sekunde stoßen Milliarden Protonen zusammen und wirbeln Partikeltrümmer durch die Detektoren. „Aufgabe der Computer ist es, die Details der interessanten – und zwar nur der interessanten – Kollisionen zu speichern“, sagt Pierluigi Campana, Sprecher des LHC-b, eines der Haupt-Experimente. „Es gilt, keine vielversprechenden Ergebnisse zu verwerfen, aber auch, sich nicht von nutzlosen Daten überschwemmen zu lassen. Diese Balance durch sorgfältige Programmierung der Computer zu erreichen, zählt zu den Herausforderungen des Projekts.“

Derzeit werden Aufzeichnungen von 3.000 Ereignissen pro Sekunde gespeichert. Das ist zwar nur ein kleiner Teil der produzierten Daten, aber immer noch enorm. Würde man alle in Cern entstehenden Daten auf DVD speichern, bildeten diese einen Stapel, der höher wäre als der Mount Everest. Und irgendwo in diesem riesigen Archiv digitaler Signale, die jede Woche an Rechenzentren weltweit verschickt werden, versteckt sich die Wahrheit über das Higgs-Boson.

Kein Hinweis überlebt

„Zuerst überprüfen wir die Qualität der Daten“, erläutert Guido Tonelli, Sprecher eines weiteren Hauptexperiments. „Dann suchen Physiker darin nach Hinweisen auf ein Higgs oder ein anderes Teilchen. Manchmal spüren sie eine interessante Anomalie auf. Dann rufen wir alle zusammen und versuchen, die Anomalie zu killen, zu zeigen, dass ein Softwarefehler oder ein Störimpuls dahintersteckt. Erst wenn etwas diese Prüfung übersteht, gehen wir davon aus, dass wir an etwas dran sein könnten.“ Auf diese Weise haben im vergangenen Jahr Tausende Physiker am LHC gearbeitet. „Bisher hat kein Hinweis auf das Higgs-Boson die Tests überlebt.“

„Materie und Energie sind miteinander austauschbar, wir messen subatomare Teilchen bezogen auf ihre Energie“, erklärt dagegen Fabiola Gianotti vom Atlas-Experiment. „Wir haben inzwischen gezeigt, dass das Higgs-Teilchen nicht leichter sein kann als 114 Milliarden Elektronenvolt (eV) und nicht schwerer als 145 eV. Nun bleibt nur noch der Bereich dazwischen übrig. Der infrage kommende Bereich ist aber auch voller Teilchen, die durch andere Reaktionen entstehen. Dadurch wird es schwer, die Signale eines Higgs von denen anderer Partikel zu unterscheiden. Ich bin aber kein bisschen beunruhigt, weil wir das Higgs noch nicht gefunden haben. Es wird uns gelingen – und zwar bald.“

Noch immer äußern die meisten Wissenschaftler am CERN diese Meinung. Selbst Murray bleibt zuversichtlich: „Meine Frau hat für den Tag, an dem wir das Higgs finden, eine Flasche Champagner bereitgestellt. Ich glaube, wir werden sie nächstes Jahr um diese Zeit geöffnet haben.“

Robin McKie ist Wissenschaftsreporter des britischen Guardian

Besser scheitern: Warum No Higgs ein Glücksfall ist


Die Presseabteilung des CERN in Genf ist nicht um ihren Job zu beneiden. Erst die Startprobleme des LHC, dann die Spekulationen um ein schwarzes Loch, das mit Inbetriebnahme des LHC angeblich die Erde zu verspeisen drohte, und nun wird man der Welt wohl plausibel machen müssen, dass die Milliarden Euro, die man in die Suche nach dem Higgs-Teilchen gepumpt hat, futsch sind für nichts. Wenn das sogenannte Gottesteilchen nicht existiert, spekulieren die Redakteure des Wissenschaftsmagazins Nature in ihrer ersten November-Ausgabe, wird die Welt genau das in den nächsten Wochen erfahren. Oder zumindest etwas Ähnliches.


Denn wer teure schlechte Nachrichten zu verkünden hat, wappnet sich. Bereits im Juli, während der Direktor des CERN sich öffentlich noch überzeugt von der Existenz des Higgs zeigte, erarbeitete man ein Papier zur Kommunikation des Falls No Higgs, im Netz gibt es auch schon eine Version für die Presse (bit.ly/taRGPj). Tenor: Es war nie das wichtigste Ziel, das Higgs-Teilchen in dem untersuchten (theoretisch vorgegebenen) Energiebereich nachzuweisen. Dass man es nicht gefunden hat, ist daher auch überhaupt nicht schlimm im Gegenteil, es könnte den Weg für eine aufregende neue Physik ebnen!


Zweitens bleiben noch viele Messungen auszuwerten, auch vom Tevatron-Beschleuniger in den USA, der im April angeblich sensationelle Daten lieferte (bevor er im September abgeschaltet wurde). Und drittens bleibt ja eine Unsicherheit von fünf Prozent, dass man das Higgs schlicht übersehen hat. Was so viel heißt wie: Die Suche muss weitergehen!
(zint)

Übersetzung: Zilla Hofman

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15:45 10.11.2011
Geschrieben von

Robin McKie | The Guardian

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