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Detailaudnahme des Teilchenbeschleunigers LHC am CERN

Gesucht: Die große Theorie

Anfang nächster Woche geht die größte Maschine der Welt wieder in Betrieb. Der Teilchenbeschleuniger des Kernforschungszentrums CERN wird nun mit doppelt so hoher Energie nach neuen subatomaren Teilchen fahnden. CERN-Physiker Martin Aleksa erklärt in einem Interview, was man von den nächsten Experimenten erwarten kann.

Physik 18.03.2015

Durchaus möglich, dass die Entdeckung des Higgs-Teilchens in den nächsten Monaten durch die Entdeckung einer "neuen Physik" getoppt wird. Wie diese aussehen könnte, ist freilich offen: Aleksa gibt einer Theorie namens "Supersymmetrie" die besten Chancen. Sollte sie stimmen, würde sich der Bestand des ohnehin schon reich bevölkerten Teilchenzoos mit einem Schlag verdoppeln.

Marin Aleksa, wissenschaftlicher Mitarbeiter beim ATLAS-Experiment am CERN

ORF.at/Claudia Glechner

Zur Person

Martin Aleksa forscht seit 1997 am CERN. Er ist Mitglied der ATLAS-Kollaboration - eines von zwei Großexperimenten am LHC, mit deren Hilfe 2012 das Higgs-Teilchen entdeckt wurde.

Ö1-Sendungshinweis

Über dieses Thema berichtet auch das Ö1-Mittagsjournal, 21.3., 12:00 Uhr.

science.ORF.at: Nächste Woche soll der Teilchenbeschleuniger LHC wieder in Betrieb gehen. Sind Sie nervös? Beziehungsweise: Könnte etwas schief gehen?

Martin Aleksa: Natürlich kann bei einer hochkomplexen Maschine wie dem LHC immer etwas Unvorhergesehenes passieren. Aber wir sind gut vorbereitet. Das ist ja nicht der erste Start des LHC, wir haben darin bereits eine gewisse Routine. Ich bin zuversichtlich.

Die Physiker des CERN haben in den letzten zwei Jahren einige Umbauten am LHC vorgenommen - welche?

Die Verbesserungen betreffen vor allem die Verbindungen zwischen den Magneten, zehntausend dieser Verbindungen haben wir jetzt erneuert Das ermöglicht höhere Ströme durch die Magneten, höhere Magnetfelder und in der Folge auch höhere Teilchenenergien. Die Teilchenkollisionen werden Energien von 13 Teraelektronenvolt erreichen - das ist beinahe das Doppelte der bisher möglichen Energien.

Wie sieht der konkrete Zeitplan aus?

Ab Mittwoch, den 25. März könnten wir bereits erste Teilchenstrahlen in der Maschine haben, die ersten Kollisionen erwarten wir ein paar Wochen später.

Wann erwarten Sie die ersten Ergebnisse?

Im Juli könnten wir die ersten Daten in der Hand haben. Ob wir damit bereits neue Physik finden oder nicht, ist natürlich nicht vorherzusehen. Sicher ist: Wir haben ein hohes Potenzial, um etwas Neues zu entdecken. Das jedenfalls ist das Programm der nächsten 15 Jahre. Und sollten wir nichts entdecken, wäre das keine Tragödie: Wenn wir wissen, dass es in den von uns erreichbaren Energiebereichen keine neue Physik gibt, ist das auch eine wichtige Information.

Welches ist aus Ihrer Sicht die wichtigste Antwort, die man sich von den Experimenten erhoffen kann?

Für mich ist die Supersymmetrie eindeutig das Spannendste. Diese Theorie sagt voraus, dass jedes der bekannten Teilchen mindestens einen supersymmetrischen Partner hat, auch das Higgs-Teilchen, das wir vor zwei Jahren entdeckt haben.

Wenn das stimmt, würde sich also die Anzahl der Elementarteilchen auf einen Schlag verdoppeln. So eine Entdeckung wäre zweifelsohne bahnbrechend und könnte eine Reihe von Problemen klären, beispielsweise die Frage, woraus Dunkle Materie besteht. Möglicherweise besteht Dunkle Materie, die wir in Galaxien vermuten, aus dem leichtesten supersymmetrischen Teilchen.

Wenn das Universum von so vielen supersymmetrischen Teichen bevölkert wird - warum hat man bisher noch keinen Hinweis auf sie gefunden?

Das ist eine gute Frage. Als der LHC vor vier Jahren in Betrieb ging, dachten wir zunächst, es würde eventuell nur ein paar Monate dauern, um ein supersymmetrisches Teilchen zu finden. Das war nicht der Fall.

Ob wir nun Erfolg haben oder nicht, hängt letztlich davon ab, ob es diese supersymmetrischen Teilchen tatsächlich gibt, welche Eigenschaften diese Teilchen haben und vor allem: wie schwer sie sind. In den bisher untersuchten Bereichen können wir die Supersymmetrie ausschließen, aber es gibt noch sehr viele Lücken, wo sie sich verstecken könnte.

Zumindest zeigen die bisherigen Messungen: Die einfachste Version der Supersymmetrie wird es nicht sein. Falls die Theorie stimmt, dann in einer komplizierteren Form.

Das kann man so ausdrücken. Die einfachste Variante der Theorie, die wir zu Beginn im Kopf hatten, ist nun recht unwahrscheinlich. Jetzt braucht es ein gewisses Tuning. Die Theorie hat über 100 Parameter, an denen man drehen kann.

War es nicht die Grundidee der Supersymmetrie, dass man die Kompliziertheit durch Einfachheit ersetzt?

Die Einfachheit besteht immer noch. Falls wir Hinweise finden, wird das Bild homogen sein.

Was für eine Art von Theorie ist die Supersymmetrie? Könnte sie die "Weltformel" bereitstellen, nach der Physiker schon so lange suchen?

In der Natur gibt es vier Grundkräfte: Die Gravitation, den Elektromagnetismus und die starke und schwache Kernkraft. Im Rahmen des Standardmodells der Elementarteilchen können wir den Elektromagnetismus und die schwache Kernkraft sehr gut zusammenfassen. Bei der starken Kernkraft funktioniert das schon weniger gut.

Die Grundidee ist, dass sich diese drei Grundkräfte bei sehr hohen Energien zu einer Urkraft vereinigen - so wie das auch in Urzeiten des Universums der Fall gewesen sein könnte. Die Supersymmetrie wäre so eine "Grand Unified Theory", die genau das gut beschreibt.

Die Gravitation ließe sich damit nicht beschreiben?

Nein, bisher nicht. Und selbst wenn es solch eine "Weltformel" gäbe, darf man nicht glauben, dass man damit alles sofort erklären könnte.

Man darf nicht vergessen: Die Teilchenphysik ist reduktionistisch, wir zerteilen die Materie, um sie besser verstehen zu können. Wenn viele Teilchen zusammenwirken, entstehen allerdings neuartige Phänomene, die wir auf diese Weise unter Umständen nicht erfassen können.

Angenommen, die Supersymmetrie wird tatsächlich einmal von einer noch umfassenderen Theorie abgelöst: Würde das bedeuten, dass sich der Teilchenzoo ein weiteres Mal vervielfältigt?

Alles ist möglich. Es wäre sicher keine gute Idee, sich neuen Ideen zu verschließen. Als Experimentalist muss ich allerdings sagen: Jetzt geht es einmal darum, zu beweisen, dass es wirklich in diese Richtung geht. Die Supersymmetrie hätte viele Vorteile, aber sie muss auch in der Realität verwirklicht sein. Das wollen wir herausfinden. Und es wäre durchaus möglich, dass sich die Vervielfachung der Teilchen durch noch elementarere Bausteine der Materie erklären lässt - aber das ist momentan noch pure Science Fiction.

Unterhalb der Ebene der Quarks könnte es noch etwas geben?

Momentan haben wir keine Hinweise darauf. Aber ausschließen würde ich es nicht.

Interview: Robert Czepel, science.ORF.at

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