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Teilchenbeschleuniger Cern
Licht in die Dunkle Materie bringen

"Weltmaschine": Fragen und Antworten zum LHC
"Weltmaschine": Fragen und Antworten zum LHC FOTO: CERN
Genf. Nach zwei Jahren Pause ist der Teilchenbeschleuniger bereit für den Einsatz. Bald beginnt die Suche nach unbekannten Teilchen. Von Rainer Kurlemann

Für viele Wissenschaftler wäre der Erfolg vom Juli 2012 schon genug, um zufrieden auf ein Forscherleben zurückzuschauen. Damals hatten die Physiker am Teilchenbeschleuniger Cern eine fast 50-jährige Suche beendet. Sie hatten das legendäre Higgs-Teilchen gefunden, den letzten fehlenden Baustein im komplizierten Standardmodell über den Aufbau der Materie. Doch damit ist nicht Schluss. Die Neugierde der Forscher ist dadurch erst erwacht. In einer zweijährigen Umbauzeit ist das Cern für neue Aufgaben aufgerüstet worden.

Der Teilchenbeschleuniger LHC FOTO: CERN

In der 27 Kilometer langen Röhre können die Teilchen jetzt auf deutlich höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Bisher erreichte das Cern acht Tera-Elektronenvolt. Bei den nächsten Experimenten werden die Protonen mit einer Energie von 13 Tera-Elektronenvolt aufeinanderprallen. Je höher die Energie, desto tiefer können die Physiker bei der Auswertung der Kollisionen in das blicken, was die Welt zusammenhält. Nach der Aufrüstung gaben die Techniker während der Ostertage grünes Licht für den Betrieb. In den kommenden Wochen wird die Anlage kalibriert, im Sommer könnten die Experimente starten.

Die spektakuläre Entdeckung im Sommer 2012 war etwas, mit dem die Physiker noch rechnen durften. Der neue Forschungsansatz am Cern für die kommenden 20 Jahre geht einen gewaltigen Schritt weiter. Die Physiker suchen nach bisher noch unbekannten Teilchen. Das Standardmodell, das durch den Nachweis des Higgs-Teilchen vervollständigt wurde, erklärt nämlich nur den Aufbau der gewöhnlichen Materie. Es kommt mit einer überschaubaren Zahl an Elementarteilchen aus. Da gibt es die verschiedenen Quarks, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen, die den Atomkern bilden. Dazu kommen die Leptonen, zu denen auch das Elektron gehört. Die dritte Gruppe von Elementarteilchen vermittelt die Kräfte zwischen den anderen Teilchen, etwa beim Elektromagnetismus. Das Higgs-Teilchen nimmt in diesem Teilchenzoo eine Sonderstellung ein.

Doch dieses vergleichsweise übersichtliche Modell besitzt zwei fundamentale Probleme. Zum einen lieferte es keine sinnvollen Ergebnisse, wenn es auf die Bedingungen beim Urknall, also bei der Entstehung des Weltalls angewandt wird. Zum anderen macht die gewöhnliche Materie im umfassenden Blick der Physiker auf das gesamte Weltall nur einen kleinen Teil dessen aus, was sie bereits beobachtet haben: lediglich fünf Prozent.

Der viel größere Rest des Weltalls beinhaltet Dunkle Energie (etwa 68 Prozent) und Dunkle Materie (27 Prozent). Diese anderen Formen der Materie im Weltall verweigern sich einer anschaulichen Beschreibung. Sie bleiben rätselhaft, aber die Physiker haben viel über ihren Aufbau nachgedacht und sogar Erklärungen gefunden. Eine davon ist so raffiniert, dass dem Gedankenkonstrukt eine besondere Schönheit innewohnt - die Theorie der Super-Symmetrie. Demnach existiert zu jedem Elementarteilchen des Standardmodells ein Pendant. Es verfügt über eine viel größere Masse als die bisher bekannten Teilchen. Vereinfacht gesagt, lässt sich aus diesen schwereren Geschwistern der bekannten Elementarteilchen eine andere Form der Materie aufbauen, die bisher Dunkle Materie genannt wird.

Die Physiker am Cern hoffen, dass sie dank der erhöhten Energie während der Kollisionen einige dieser Teilchen erzeugen können. Selbst wenn das gelingt: Ein direkter Nachweis der Teilchen ist aus technischen Gründen nicht möglich. Stattdessen suchen die Physiker in den Trümmerteilen nach Bruchstücken, die nicht dem Standardmodell entsprechen. Wie lange die Suche dauern wird, ist unklar. Es ist nicht einmal sicher, ob die Forscher etwas finden werden.

Wenn sie nichts entdecken, bleiben zwei Möglichkeiten: Entweder ist die Idee der Super-Symmetrie falsch, oder die Bedingungen am Cern reichen noch nicht aus, um die Teilchen zu erzeugen. Wie immer die Experimente ausgehen: Bis die Physiker den Aufbau des Universums vollständig verstanden haben, werden noch einige Jahrzehnte vergehen.

Quelle: RP
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