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Violette Strahlen auf schwarzem Grund

"SUSY ist noch nicht tot"

Die größte Maschine der Welt hat eine große Enttäuschung produziert: Bisher ist es mit dem Teilchenbeschleuniger LHC nicht gelungen, die Theorie der Supersymmetrie nachzuweisen. Diese sollte den Weg zur Großen Vereinheitlichung der Physik weisen. Die Theorie ist zwar geschwächt - aber noch nicht tot, sagt der deutsche Physiker Michael Schmelling.

Kernphysik 31.08.2011

science.ORF.at: Was besagt die Theorie der Supersymmetrie?

Michael Schmelling: Wir kennen im Universum zwei Arten von fundamentalen Bausteinen, die Fermionen und die Bosonen. Fermionen sind die Bausteine der uns bekannten Materie: das Elektron etwa oder das Proton. Die Bosonen vermitteln die Wechselwirkungen zwischen diesen Bausteinen. Wenn man nicht zwischen Teilchen und Antiteilchen unterscheidet, kennen wir heute zwölf Fermionen und fünf Bosonen.

Das heißt: Sie wurden alle experimentell nachgewiesen. Und die Supersymmetrie-Theorie, kurz: SUSY, besagt: Zu jedem bekannten Boson gibt es einen fermionischen Partner und zu jedem Fermion gibt es einen bosonischen Partner. Das ist letztlich eine Symmetrie zwischen Materie und Kräften.

Aus welchem Grund wollen die Physiker so eine Symmetrie?

Mathematisch ist das zunächst sehr ästhetisch. Wobei eigentlich von Anfang an klar war, dass das Ganze so nicht funktionieren kann.

Denn wenn die Theorie exakt gelten würde, dann müsste beispielsweise der Superpartner des Elektrons die gleiche Masse wie das Elektron besitzen - und dann wäre dieser Partner längst entdeckt worden. Das heißt: Die supersymmetrischen Teilchen müssen wesentlich schwerer sein als die bekannten.

Warum die einen schwerer sind als die anderen, ist aber nicht bekannt.

Physiker Michael Schmelling

Michael Schmelling

Michael Schmelling ist Professor an der Uni/TU Dortmund, forscht am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg und ist unter anderem am LHCb-Experiment beteiligt.

Forschungsschwerpunkte: Starke Wechselwirkung, Flavour-Physik, CP-Verletzung, Statistische Methoden der Datenanalyse.

Stimmt, das wissen wir nicht. Das ist einfach Bestandteil der Theorie. Die Hoffnung ist jedenfalls, dass wir die supersymmetrischen Teilchen mit dem stärksten Beschleuniger, dem LHC des Cern, entdecken werden.

Zwischenfrage: Die Symmetrie - was ist das eigentlich? Ein heuristisches Prinzip?

Ich würde eher sagen: ein ästhetisches Prinzip.

Theoretisch könnte die Welt auch unsymmetrisch sein.

Das ist eine interessante Frage. Die Symmetrie gehört essenziell zum Verständnis des Universums. Ich glaube, eine unsymmetrische Welt könnten wir uns gar nicht vorstellen - zumindest, wenn wir sie mathematisch beschreiben wollen.

Und warum ist SUSY so wichtig - welche Probleme würde sie lösen?

Sie wäre eine Möglichkeit, alle Kräfte des Universums zu vereinheitlichen.

Sie könnte zur lang gesuchten, "Großen Vereinheitlichten Theorie" führen?

Ja, das könnte sie. Außerdem könnte man mit ihr ein mathematisches Fine Tuning vermeiden: Momentan müssen wir nämlich im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik alle Parameter extrem genau aufeinander abstimmen, damit die Theorie funktioniert.

Sie würde die Willkür in der Theorie entfernen?

Willkür nicht, aber mathematische Schwierigkeiten. Und SUSY könnte auch Kandidaten für die bislang nicht nachgewiesene Dunkle Materie liefern.

Nun gibt es erste Ergebnisse des Experiments "LHCb". Diesen zufolge sieht es nicht besonders gut aus für SUSY.

Ö1-Sendungshinweis

Über dieses Experiment berichtet auch "Wissen aktuell", Mittwoch, 31. August 2011, 13:55 Uhr

Bei dem Experiment am LHC geht es um sogenannte B-Mesonen und deren Zerfall. Dieser Zerfall sagt uns etwas über die neue Physik jenseits des Standardmodells.

Wenn es nämlich unbekannte Felder oder Teilchen gibt, dann könnten kurzfristig aus dem Nichts Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen, die bekannte physikalische Prozesse beeinflussen - etwa den Zerfall der B-Mesonen.

Wäre SUSY richtig, müsste der Zerfall erhöht sein - das ist er laut neuesten Ergebnissen aber nicht.

Das würde ich so nicht sagen. Wir haben noch nichts gefunden, aber der Effekt könnte auch sehr gering sein. Da ist noch Luft.

Warum hat dann Tara Shears, eine Forscherin des LHCb-Experiments, kürzlich gesagt: "Die Theorie der Supersymmetrie ist nun unter Zugzwang"?

Man hat erwartet, dass der Effekt der Supersymmetrie groß ist. Nun zeigt sich: Er ist nicht groß. Aber er kann durchaus da sein.

Wie lange würde es dauern, um den Effekt nachzuweisen?

Das kommt darauf an, wie klein er ist (lacht). Ich würde sagen: bis Ende nächsten Jahres. Außerdem könnte die Theorie auch über andere Teilchenzerfälle nachgewiesen werden.

Auch da war man bisher nicht erfolgreich.

Stimmt. Wir werden unsere Messgenauigkeit in den nächsten Jahren erhöhen, vielleicht um den Faktor 10 - dann wird man sehen.

Die Theoretiker werden dennoch langsam unruhig.

Klar, die hatten erwartet, dass wir schnell etwas entdecken. Ich muss zugeben, es wird etwas enger für die Supersymmetrie. Aber tot ist sie noch nicht. Wir reden außerdem nur von der einfachsten Variante der Theorie.

Angenommen, sie stürbe doch. In der Wissenschaftstheorie ist das Widerlegen der Theorien ein verbreitetes Hobby, um nicht zu sagen: eine Tugend ...

... aber ich glaube, man wird sie nie in ihrer Allgemeinheit widerlegen können. Dazu ist die Theorie viel zu flexibel. Das wird immer nur für spezielle Modelle mit konkreten Vorhersagen möglich sein.

Formulieren wir es so: Angenommen, die supersymmetrische Hydra bekäme einen Großteil ihrer Köpfe abgeschlagen. Was gäbe es an alternativen Wegen zur Großen Vereinheitlichten Theorie?

Überspitzt ausgedrückt: Alternativen gibt es wie Sand am Meer. Die sind natürlich nicht alle gleich plausibel, was zum Teil auch daran liegt, dass nicht so viel Arbeit hineingesteckt wurde wie in die Supersymmetrie. In Schlagworten: Technicolor, Superstrings, Skalenrelativität, Schleifen-Quanten-Gravitation und viele mehr. An Ideen mangelt es nicht. Was fehlt, ist ein experimenteller Hinweis, der uns zeigt, wohin es gehen soll.

Was meinen Sie persönlich?

Ich bin mir nicht sicher, ob die Supersymmetrie der Weisheit letzter Schluss ist. Es gibt bei ihr zu viele Parameter, die wir messen müssen. Und sie kann auch viele Naturkonstanten nicht erklären. Ich glaube, es wird eine einfachere Theorie kommen, die mit weniger Parametern auskommt. Hinweise erwarte ich z.B. aus der Flavor-Physik, dem Studium der Schwachen Wechselwirkung zwischen den Quarks.

Interview: Robert Czepel, science.ORF.at

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