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Die Illustration zeigt, wie ein Higgs-Teilchen zerfallen könnte.
Die Illustration zeigt, wie ein Higgs-Teilchen zerfallen könnte.(Foto: Cern)

Wenn es Higgs-Teilchen wirklich gibt ...: Dann fängt die Arbeit erst an

Teilchenphysiker aus aller Welt warten gespannt auf neue Informationen zum jahrzehntelang gesuchten Higgs-Teilchen, das als letzter unbekannter Baustein der Materie gilt. Vor einem halben Jahr gaben die Teilchencrashs im Beschleuniger LHC schon deutliche Hinweise darauf. Nun haben die Cern-Physiker die doppelte Datenmenge analysiert und möchten die Ergebnisse am Mittwoch in Genf präsentieren. Doch auch mit dem Higgs-Teilchen wäre das gesamte Weltbild noch nicht erklärt, noch nicht einmal das der Physik, erläutert Prof. Joachim Mnich, der an den Beschleuniger-Zentren Desy in Hamburg und Cern in Genf arbeitet, in einem Interview. "Wenn wir das Higgsteilchen nachgewiesen haben sollten, ist das noch lange nicht das Ende der Geschichte."

Was hat die Physik erreicht, wenn das Higgs-Teilchen entdeckt ist?

Mnich: "Dann hätten wir den ersten Zipfel in der Hand. Es wäre eine sehr eindrucksvolle Bestätigung, dass wir mit unserem Standardmodell der Teilchenphysik auf der richtigen Spur sind. Zunächst würde der Higgs-Mechanismus erklären, dass die fundamentalen Teilchen eine Masse haben. Er würde aber noch nicht erklären, warum die Teilchen die Massen haben, die sie haben. Wie man das herausbekommt, da habe ich noch keine gute Idee. "

Können Sie die Theorie von Higgs kurz erklären?

Für Peter Higgs wäre es ein großer Erfolg, wenn die Existenz der Higgs-Teilchen bestätigt würde.
Für Peter Higgs wäre es ein großer Erfolg, wenn die Existenz der Higgs-Teilchen bestätigt würde.(Foto: Ger-Martin Greuel, MFO)

"Physiker haben in den vergangen Jahrzehnten ein recht einfaches Modell aufgestellt, mit Materieteilchen und den Kraftteilchen, die die Materie zusammenhalten. Das Problem an dem Modell ist, dass die Teilchen eigentlich keine Masse haben dürften. Im Higgs-Modell nun ist der leere Raum nicht leer, sondern erhält ein unsichtbares Feld. Ähnlich wie elektrische oder magnetische Felder. Durch Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld erhalten die Teilchen eine Masse. Ob es das gibt, steht und fällt jedoch mit der zweiten Konsequenz, dass es ein Higgs-Teilchen gibt. Das Higgs-Feld lässt sich nur über das Higgs-Teilchen erspüren, und das suchen wir seit fast 50 Jahren. "

Warum schießen Sie dazu Atomteilchen aufeinander?

Mnich: "Wir versuchen an unseren Beschleunigern Bedingungen so ähnlich wie kurz nach dem Urknall zu schaffen, also sehr hohe Energiedichten. Daher bringen wir sehr kleine Teilchen auf sehr hohe Energien und lassen sie kollidieren. Auf diese Art versuchen wir, Energie in ein zuvor geschaffenes Vakuum zu pumpen, die hoch genug ist, dass so etwas wie Higgs-Teilchen entstehen können. Das geschieht dann über komplizierte, aber elementare Prozesse. Am Cern-Beschleuniger LHC erzeugen wir fast eine Milliarde Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde, aber theoretisch nur ein Higgs-Teilchen pro Minute."

Kommen die Higgs-Teilchen nicht auch in All vor?

Mnich: "Wir werden von der kosmischen Strahlung aus dem Weltall bombardiert. Da könnten auch Higgs-Teilchen darunter sein, aber wir können diese nicht nachweisen. Die Higgs-Teilchen leben ja nur für einen winzigsten Moment und das, was wir in den Detektoren sehen, sind Zerfallsprodukte, und wir müssen zurückschließen, das könnte ein Higgs-Teilchen gewesen sein. "

Was ist der Vorteil, ausgerechnet Wasserstoffkerne, die Protonen, aufeinanderzuschießen?

Mnich: "Protonen erlauben es uns, auf sehr hohe Energien zu kommen. Aber Protonen haben einen ganz entscheidenden Nachteil. Sie sind keine Elementarteilchen, sondern bestehen aus Quarks und Gluonen. Wir schießen am Beschleuniger LHC daher bildlich gesprochen Säcke gefüllt mit Quarks und Gluonen aufeinander und hoffen, dass bei den Kollisionen Higgs-Teilchen entstehen. Da entstehen natürlich auch viele andere Dinge. Es ist sehr schwer, das auseinanderzuhalten und das begrenzt die Möglichkeit des LHC. Es gibt noch eine andere Möglichkeit und zwar die Elektronen und ihre Antiteilchen, die Elektron-Positronen, aufeinander zu schießen. "

Warum nimmt man diese nicht gleich?

Mnich: "In einem Kreisbeschleuniger verlieren die Elektronen bei jedem Umlauf Energie, was die maximal erreichbare Energie stark einschränkt. Es gibt Entwicklungen für die Zukunft, einen solchen Elektron-Positron Beschleuniger zu bauen, aber als Linearbeschleuniger. Die Higgs-Ereignisse werden dann klarer, weil nicht so viele andere Teilchen entstehen. Diese Maschine ist wie ein Skalpell sehr gut zur genauen Untersuchung der Elementarteilchen geeignet. "

Was folgt, wenn das Higgs-Teilchen entdeckt ist?

Mnich: "Als nächsten Schritt müssen wir dann versuchen, die Eigenschaften so genau wie irgend möglich zu bestimmen und mit unseren Erwartungen zu vergleichen. Ist es wirklich das Higgs-Teilchen, das wir brauchen oder hat die Natur noch andere Mechanismen vorgesehen? Das machen wir auch wieder mit Protonenbeschuss. Der Protonenstrahl soll auf sieben TeV (Billionen Elektronenvolt) kommen. Momentan sind wir etwa bei der Hälfte. Die Magnete beim LHC sind die stärksten, die wir momentan bauen können. Die Entwicklung dieser Magnete, die jetzt im LHC eingebaut sind, war der Schlüssel auf dem Weg zum Higgs in den letzten Jahren.

Zudem gibt es in der Physik verschiedene Modelle: Das einfachste Modell, das Standardmodell, kommt mit einem Higgs-Teilchen aus. Es kann aber auch komplizierter sein und es kann mehrere Higgs-Teilchen geben. Wir wollen nachweisen, dass das Higgs-Feld wirklich diese Eigenschaften hat, die es haben muss, damit dieser Mechanismus funktioniert. Dazu müssen weitere Experimente gemacht werden. Wir wissen noch wenig über das Higgs-Feld."

Was bleibt noch zu erforschen, wenn das Higgs-Teilchen umfassend analysiert ist?

Mnich: "Das Higgs löst wirklich eine zentrale Frage der Teilchenphysik, aber noch lange nicht alle. Mit unserem Standardmodell erklären wir ja nur vier Prozent des Energieinhalts unseres Universums. Auch die Gravitation, die Anziehungskraft, gehört gar nicht zu unserem Modell. Es gibt die Frage nach der Dunklen Materie und der Dunklen Energie. Es gibt die Frage, warum wir überhaupt existieren. Warum besteht unser All nur aus Materie und nicht auch aus Antimaterie – nach dem Urknall hätten sich Materie und Antimaterie eigentlich vollständig auslöschen müssen. Diese Fragen wird man auch mit der Entdeckung der Higgs-Teilchen noch nicht lösen können."

Dann sind trotz eines sogenannten Gottesteilchens eine schöpfende Kraft oder ein Schöpfer nicht ausgeschlossen?

Prof. Joachim Mnich ist Direktor für den Bereich Hochenergiephysik und Astroteilchenphysik am Desy in Hamburg.
Prof. Joachim Mnich ist Direktor für den Bereich Hochenergiephysik und Astroteilchenphysik am Desy in Hamburg.(Foto: Joachim Mnich)

Mnich: "Natürlich nicht. Was wir als Teilchenphysiker versuchen, ist zu ergründen, wie das Universum funktioniert. Wer dahinter steckt, was dahinter steckt oder wie es geschaffen wurde, das ist glaube ich eine andere Frage. Wir versuchen zu ergründen, wie es funktioniert. Den Namen Gottesteilchen für Higgs finde ich ohnehin etwas unglücklich. Denn nach meiner Meinung sind entweder alle Teilchen Gottesteilchen oder keins."

Glauben Sie an Gott?

Mnich: "Ich glaube schon, dass da so etwas wie ein Mastermind hinter dem Ganzen stehen muss. Manche sagen, es gibt 10 hoch 100 mögliche Universen und in einem davon herrschen Bedingungen, dass sich Menschen entwickeln konnten, die sich über das Universum Gedanken machen können. Daran glaube ich nicht. Ich glaube da nicht an Zufälle. Man kann es den lieben Gott nennen, man kann es aber auch anders nennen."

Gibt es eine praktische Anwendung für das Higgs oder ändert sich etwas im Alltag?

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Mnich: "Das, was wir tun, ist Grundlagenforschung. Ob man dann am Ende in vielen Jahren etwas Praktisches, vielleicht auch Kommerzielles daraus machen kann, das ist nicht abzusehen. Als die ersten Physiker vor über 50 Jahren anfingen, Teilchenbeschleuniger zu bauen, um genau diesen Fragen nachzugehen, haben sie halt die Beschleunigerentwicklung vorangetrieben. Heutzutage finden Sie Teilchenbeschleuniger in Krankenhäusern, zum Beispiel zur Krebsbehandlung. Daran hatten die Physiker damals garantiert nicht gedacht. Ein anderes Beispiel sind unsere Detektoren, die in vielen Gebieten der Wissenschaft und darüber hinaus Anwendung finden. Und denken Sie daran, dass vor 20 Jahren am Cern das World Wide Web erfunden worden ist."

Quelle: n-tv.de

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