Donnerstag, 18. August 2022

Vor zehn Jahren gefunden
Als CERN-Physikern das "Gottesteilchen" erschien

Jahrzehntelang fahndete die Physikwelt nach dem letzten noch fehlenden Elementarteilchen - dem "Higgs-Boson". Gefunden wurde es am 4. Juli 2012 in der weltgrößten Wissenschaftsmaschine: dem Ringbeschleuniger LHC am Kernforschungszentrum CERN Genf.

Von Frank Grotelüschen | 04.07.2022

Eine am 4. Juli 2012 vom CERN zur Verfügung gestellte Animation zeigt ein Ereignis einschließlich zweier hochenergetischer Photone, dargestellt durch rote Türme. Die gelben Linien sind die gemessenen Spuren anderer Teilchen. Für die Kernforscher hat sich dabei das Higgs--Boson gezeigt.
Eine am 4. Juli 2012 am CERN präsentierte Animation von Spuren des Higgs-Boson, entstanden nach der Kollision zweier hochenergetischer Photonen (picture alliance / dpa)
Nur ein Stockwerk fährt der Lift abwärts, doch es geht hundert Meter unter die Erde. Dort öffnet sich die Tür zu einer Halle von den Ausmaßen einer Kathedrale: „Wir haben hier mehr Stahl verbaut als im Eiffelturm in Paris „, sagt Physiker Michael Eppard und deutet auf einen bunt lackierten Metallklotz, groß wie ein Bürohaus: „Alle Elemente in Rot und Orange, die Sie hier sehen, sind Stahl und Eisen. Das sind mehr als 7.000 Tonnen. Und der Eiffelturm in Paris wird auf 7.000 Tonnen geschätzt.“

LHC umfasst 27 Kilometer

Der superschwere Metallklotz ist ein Detektor, eine Kamera für Elementarteilchen. Er gehört zum stärksten Beschleuniger aller Zeiten: dem „Large Hadron Collider“, kurz LHC, einem Ring mit einem Umfang von 27 Kilometern. 20 Jahre haben Planungen und Bauarbeiten gedauert, diverse Verzögerungen inklusive. Im September 2008 nimmt das CERN in Genf den Giganten endlich in Betrieb: „Wir kommen mit dieser Maschine tiefer in den Mikrokosmos und näher an das frühe Universum ran, an den Urknall, an das Entstehen des Universums. Wir erhoffen uns dadurch grundlegende neue Erkenntnisse über das frühe Universum.“

Das Higgs-Teilchen als "Party-Sprenger"

So Rolf-Dieter Heuer, langjähriger Generaldirektor am CERN. Der LHC soll eine Grundfrage der Physik beantworten: Warum besitzen Elementarteilchen, die Grundbausteine des Universums, überhaupt Masse? Schon in den 1960er-Jahren hatte der schottische Physiker Peter Higgs dazu eine verwegene Theorie präsentiert: Ihm zufolge muss es im gesamten Universum ein ominöses Feld geben. Dieses Higgs-Feld, so die Idee, soll Teilchen Masse verleihen, indem es ihnen eine Art Widerstand bietet.
Das ist wie in einem Raum, in dem gerade eine Party läuft, beschreibt der Hamburger Physiker Georg Weiglein: Überall stehen Partygäste herum. Sie sind bildlich gesprochen das Higgs-Feld: „Dann kommt jemand rein, der sehr wichtig ist. Und auf einmal sammeln sich dann die Leute um denjenigen herum. Wenn der dann versucht, durch den Raum zu gehen, ist es so, als ob er eine größere Masse hätte. Es fällt ihm schwer, durch den Raum durchzugehen.“

Frontalunfall bei 300.000 Km/s

Sollte diese Idee stimmen, müsste es ein bis dato unbekanntes Teilchen geben – das Higgs-Teilchen, eine Art Botschafter des Higgs-Felds: Dieses Higgs-Teilchen soll der LHC aufspüren, als er 2008 an den Start geht. Er beschleunigt winzige Materieteilchen in einer luftleeren Röhre auf nahezu Lichtgeschwindigkeit, knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde. Dann lässt er die Teilchen frontal aufeinanderprallen. Ein Energieblitz flammt auf, in dem Blitz soll, wie Phönix aus der Asche, das Higgs-Teilchen entstehen - so das Kalkül.
Der Aufwand ist enorm, mehrere Milliarden Euro hat die Maschine gekostet, Tausende Fachleute sind beteiligt. Aber sie brauchen Geduld: Zunächst erschüttert eine Explosion den Beschleunigerring, das Programm verzögert sich um über ein Jahr. Danach sammeln die Teams mehr als zwei Jahre Daten, erst dann sind sie sich ihrer Sache sicher. Am 4. Juli 2012 vermeldet CERN-Direktor Heuer den Triumph: „Ich würde sagen: Wir haben es, stimmen Sie mir zu ?“ – Auch Peter Higgs, damals 83 Jahre alt, ist bei der Verkündung dabei. Im Jahr darauf wird ihm der Physiknobelpreis zuerkannt. Er gratuliert und dankt allen am CERN-Projekt Beteiligten. Für ihn sei es unglaublich, dies noch erlebt haben zu dürfen.
Der LHC hat das meistgesuchte Teilchen der Physik gefunden – ein großer Schritt für die Grundlagenforschung. Manche sprechen ein wenig pathetisch vom Teilchen Gottes. Schließlich ist es das vorerst letzte Teilchen, das die Physik-Gemeinde auf ihrer Liste hat. Und damit sei ihr heutiges Theoriegebäude, das Standardmodell, komplett, meint der niederländische Physiknobelpreisträger Martinus Veltman:
 „Damit ist ein weiteres Stück des Standardmodells bestätigt, das wohl letzte große Stück. Also ein Triumph für das Standardmodell” - Und Ergänzt David Gross, ebenfalls Nobelpreisträger, ergänzt: „Es ist die Entdeckung eines neuen Teilchens.“: „Wir hatten sie zwar erwartet. Doch nun geht es darum, die genauen Eigenschaften des Higgs-Teilchens zu erforschen. Und vielleicht kommt dabei ja etwas Neues, Unerwartetes heraus.“
Doch auf dieses Neue, Unerwartete hofft die Fachwelt bislang vergebens. Zwar läuft der LHC nach wie vor weiter und wurde auch mehrmals verbessert. Doch ein Highlight wie die Entdeckung des “Gottesteilchens“ ist ihm seither nicht wieder geglückt.