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Aachen: Beschleunigte Suche nach dem Ursprung

Aachen : Beschleunigte Suche nach dem Ursprung

Es ist das größte Experiment aller Zeiten, wohl auch das teuerste. Es könnte klären, wie die Welt entstanden ist und was sie im Innersten zusammenhält. Es könnte aber auch sein, dass zehntausend Forscher aus 60 Nationen für drei und mehr Milliarden Euro nichts wesentlich Neues herausbekommen.

Auf jeden Fall wird es so kompliziert sein, dass es kein normaler Mensch wirklich verstehen kann. Und doch geht von dem, was in wenigen Wochen im Kernforschungszentrum Cern starten soll, eine ungeheure Faszination aus. Es geht letztlich um nichts weniger als um eine der ganz großen Fragen der Menschheitsgeschichte: Wo kommen wir her, was ist der Ursprung der Schöpfung? Es geht also auch um Größenwahn.

Im August soll die „größte Maschine, die sich Physikerhirne je ausgedacht haben” (FAZ) in Betrieb gehen. Eigentlich ist es ein komplexes System von Maschinen, das hundert Meter unter der Erdoberfläche bei Genf im Grenzbereich von Frankreich und der Schweiz installiert ist.

Herzstück ist ein 27 Kilometer langer Ring mit zwei Stahlrohren - der Large Hadron Collider (LHC) - in dem man Wasserstoffatomkerne links- und rechtsherum auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und an bestimmten Stellen, wo die beiden Rohre verbunden sind, frontal kollidieren lässt. Dabei werden die Atomkerne in ihre Elementarteilchen zerlegt.

Quarks & Co.

Die Energie dieser Kollisionen ist so groß,wie sie unmittelbar nach dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren gewesen sein muss. Sie entspricht einer Temperatur von mehr als zehn Billionen Grad Celsius. Eben das will man simulieren: was Billionstelsekunden nach dem Urknall passiert ist, wenn enorme Kräfte auf engstem Raum freigesetzt werden. Näher wird man noch nicht dran gewesen sein. Mit den bisherigen Teilchenbeschleunigern konnte man nur den Zustand um eine Milliardste Sekunde nach dem Urknall simulieren.

Dank dieser Versuche und der Theorie kennt man 24 Elementarteilchen und die drei Kräfte, die sie zusammenhalten. Sie zusammen ergeben das sogenannte Standardmodell, das den Aufbau der Materie mit Elektronen, Protonen, Quarks und allen anderen Teilchen erklärt, sowie die Kräfte, die zwischen ihnen wirken (starke, schwache und elektromagnetische Kraft). Das Standardmodell hat nur eine entscheidende Schwäche: es kann nicht erklären, woher die Materie ihre Masse hat. Dazu müsste es ein weiteres Teilchen geben. Eben das hat vor 44 Jahren der englische Physiktheoretiker Peter Higgs gefordert. Nach ihm wurde es dann das Higgs-Teilchen genannt.

Das Higgs-Teilchen zu entdecken, ist nicht der einzige, aber der größte und erste Wunsch der internationalen Forscherschar in Genf, in der Israelis mit Palästinensern, Inder mit Pakistani, Iraner mit Amerikanern miteinander arbeiten. Um zu erfassen, was sich bei den Kollisionen abspielt, sind an vier Stellen des LHC-Rings gigantische Detektoren platziert, deren größte (mit Namen Atlas und CMS) so hoch sind wie das Brandenburger Tor und 12500 Tonnen wiegen.

Nichts zu sehen

Sehen, beobachten kann man da überhaupt nichts. Das Ergebnis der 600 Millionen Kollisionen pro Sekunde (!) ist ein „Daten-Tsunami” (Der Spiegel), der die zigtausend Rechner im Cern überrollt. Die wichtigste Fähigkeit der Wissenschaftler besteht darin, die Software so zu programmieren, dass die allermeisten Daten sofort weggeschmissen, die brauchbaren aber erfasst werden.

Das geht nur, indem man mit theoretischen Modellen vorgibt, wonach der Computer suchen soll. Beispiel: Nach der Annahme, wie schwer das gesuchte Higgs-Teilchen ist und wie es zerfällt, gibt man dem Computer das Muster vor, nach dem er suchen soll. So findet man nur, was man sucht. Daher werden in regelmäßigen Stichproben alle Daten erfasst.

So kann auch völlig Überraschendes in Genf zutage gefördert und das Higgs-Teilchen möglicherweise gar nicht gefunden werden. Bei dem schon vor 20 Jahren geplanten LHC-Experiment des 1954 gegründeten Cern geht es um alle großen Fragen der Teilchenphysik und der Kosmologie gleichermaßen. Des Kleinsten und des Größten also, das letztlich ein- und dasselbe ist. Was und wo sind Dunkle Materie und Dunkle Energie, von denen wir nichts wissen, die aber 96 Prozent des Weltalls ausmachen?

Jenseits der Physik

Und wie soll man sich ein Ereignis von purer Energie vorstellen, den Urknall, dessen Ergebnis erst Materie, Raum und Zeit sind, für den also die von Menschen erkundeten Naturgesetze gar nicht gelten können? Wer oder was hat das verursacht? Diese Fragen können die Cern-Physiker nicht beantworten. Doch ohne diesen Schuss Meta-Physik gäbe es nicht diese Faszination für ihr Experiment.