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Physik: Subatomare Teilchen

CERN: Und im Dunkeln strahlt ein Licht

Wie es aussieht, haben sich die Wissenschaftler des Kernforschungszentrums CERN ihr schönstes Weihnachtsgeschenk selbst beschert: Lichtsignale weisen auf die Existenz eines neuartigen Teilchens hin. Dagegen könnte selbst das Higgs-Boson verblassen, heißt es in der Fachgemeinde.

Neues Teilchen? 18.12.2015

Das weihnachtliche Präsent ist allerdings noch nicht ausgepackt. Bis es so weit ist, wird man wohl noch ein paar Monate warten müssen. Denn Physiker glauben erst an die Existenz von neuen Materiebausteinen, wenn die Statistik über jeden Zweifel erhaben ist.

Stand der Dinge: Die Forscher entdeckten in zwei unabhängigen Experimenten, ATLAS und CMS, Signale im gleichen Bereich - Photonenpaare, die einer Energie von 750 Gigaelektronenvolt (GeV) entsprechen und als das Zerfallsprodukt eines neuartigen Teilchens gedeutet werden.

Zufall nicht auszuschließen

Laut dem Standardmodell der Elementarteilchen sind solche Signale zwar nicht verboten, doch dürften sie nicht so häufig auftreten. Wie die beiden Leiter von ATLAS und CMS kürzlich bei einem Seminar berichteten, trat in beiden Versuchen ein Überschuss auf.

Das sei auffällig, es könnte sich aber immer noch um eine Laune der Statistik handeln, betonen die Forscher. Die Wahrscheinlichkeit für solch eine zufällige Schwankung liegt bei ungefähr zwei Prozent.

Der Detektor des CMS-Experiments ist so groß wie ein mehrstöckiges Haus

APA/GEORG HOCHMUTH

Der CMS-Detektor ist so groß wie ein mehrstöckiges Haus

Der Energiebereich ist jedenfalls interessant. Denn mit 750 GeV wäre das Teilchen, so es sich nicht wieder in Luft auflöst, viermal so schwer wie der bisherige Masserekordhalter, das sogenannte Top-Quark. Und sogar sechsmal so schwer wie das Higgs-Boson, für dessen Entdeckung 2013 der Nobelpreis vergeben wurde.

"Theoretiker sind aufgeregt"

CERN-Grafik: Messpunkte und Kurve der theoretischen Erwartung

CERN

Die ATLAS-Forscher sehen einen Hügel bei 750 GeV: Ist er echt?

Das Higgs-Teilchen ist auch in anderer Hinsicht eine gute Vergleichsmarke. Nach diesem wurde 50 Jahre gesucht, sein Nachweis war der letzte Puzzlestein im erfolgreichen Standardmodell, das, so die Hoffnung, irgendwann von einer umfassenderen Theorie abgelöst werden soll.

Das nun am Horizont auftauchende Teilchen ist indes etwas völlig Unerwartetes. Etwas, das in eine neue, unbekannte Physik weist, die die Theoretiker erst entwickeln müssten. Sollten sich die Signale weiter verfestigen, "würde dagegen selbst das Higgs-Boson blass aussehen", sagte der CERN-Physiker Gian Francesco Giudice kürzlich gegenüber dem Fachblatt "Nature".

Ähnlich sieht das der ehemalige Physikkoordinator von ATLAS, Andreas Hoecker: "Die Theoretiker sind sehr aufgeregt. Allein in den letzten Tagen sind 40 Arbeiten erschienen, die dieses Signal einzuordnen versuchen."

Die meisten Beiträge erklären den Photonenüberschuss durch die Existenz anderer, noch schwererer Teilchen, die quasi vom Obergeschoß der Energieskala in die Zerfallskanäle hineinfunken. Diese Entwürfe bleiben allerdings noch dem traditionellen Ansatz treu. Sie versuchen kein grundsätzlich neues Theoriengebäude zu entwerfen, sondern eher einen "Dachausbau" des Standardmodells.

Supersymmetrie in der Defensive

Ein völlig neues Gebäude wäre die sogenannte Supersymmetrie, kurz SUSY, gewesen. Hier sieht es nach allen bisher erfolgten Messungen nicht sonderlich gut aus. Denn die SUSY-Theoretiker hätten erwartet, dass sich im Energiebereich von bis zu 1.600 GeV ein anderes Teilchen, "Gluino" genannt, zeigen würde. Bisher gibt es keine Spur davon.

Dass SUSY die Erwartungen nicht erfüllen konnte, empfindet man im Lager der Physiker zwar als Enttäuschung, gleichwohl nicht als Abgesang auf die Idee an sich. "Die Theorie ist schwer tot zu kriegen", sagt Hoecker. Es gebe mehr als 100 neue Parameter, an denen man drehen könne, um die Theorie den Messungen anzupassen.

Mann in weißem Overall zwischen tausenden Kabeln

CERN / Maximilien Brice

Im Inneren des ATLAS-Detektors

Heute ist am CERN der letzte Arbeitstag vor den Weihnachtsferien. Der große Teilchenbeschleuniger LHC wird nun abgeschaltet, die nächsten Protonenkollisionen stehen erst wieder im April auf dem Plan. Dann soll der LHC dutzendfach mehr Daten liefern als in diesem Jahr.

Ob das neue Teilchen real ist oder nicht, wird sich spätestens am Ende des Jahres entscheiden, vielleicht schon im Sommer. Hoecker mahnt, die Signale bis dahin als das zu nehmen, was sie sind: interessante Messungen ohne zwingende Beweiskraft.

Dennoch gibt er zu: Die aktuelle Situation erinnere ihn an das Jahr 2011. Damals gab es ebenfalls kurz vor Weihnachten ein Seminar, bei dem die Leiter von ATLAS und CMS die neuesten Ergebnisse präsentierten.

Und auch damals hatte man in beiden Experimenten vorläufige Hinweise auf ein neues Teilchen erhalten. Ein halbes Jahr späte verkündete CERN-Direktor Rolf-Dieter Heuer die Entdeckung des Higgs-Bosons.

Robert Czepel, science.ORF.at

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