CERN: Physiker hoffen nach Upgrade auf dunkle Materie

Der Teilchenbeschleuniger LHC der europäischen Organisation für Kernforschung CERN in der Schweiz läuft seit rund zwei Monaten wieder, nachdem die Anlage ein Runderneuerung erhalten hat, die es Forschern erlauben wird, Protonen künftig mit 13 TeV (Teraelektronenvolt) aufeinanderprallen zu lassen, statt mit acht wie bisher. Das ist auch auf der “European Physical Society Conference on High Energy Physics”, die vom 22. bis 29. Juli in Wien stattfindet, das wichtigste Thema. Von dem neuen, verbesserten LHC erwarten sich die Forscher nämlich noch einige Überraschungen, nachdem die Anlage mit der Entdeckung des Higgs-Bosons ihre wichtigste Pflicht ja bereits erfüllt hat.

“Derzeit gibt es bereits Kollisionen. Wir werden die volle Leistungsfähigkeit wohl Ende 2015 erreichen”, sagt Rolf-Dieter Heuer, Generalsdirektor des CERN, anlässlich einer Pressekonferenz in Rahmen der Konferenz in der Universität Wien. Für Erkenntnisse aus dem zweiten Durchgang, also den Messungen seit der Erhöhung der Energie, ist es derzeit also noch zu früh. “Wir haben 100 Mal so viele Kollisionen wir beim Start der Anlage 2010. Die Analyse der Daten benötigt Zeit”, sagt Heuer.

Das All als Beschleuniger

Der LHC ist aber nicht das einzige Thema auf der Konferenz, die von der österreichischen Akademie der Wissenschaften, der Universität Wien und der TU Wien mitveranstaltet wird. Für Hochenergiephysik brauchen Forscher nämlich nicht immer einen Beschleuniger. Francis Halzen etwa nutzt Neutrinos, die von kosmischen Ereignissen mit schier unglaublicher Energie beschleunigt wurden, um seine Forschung zu betreiben. “Wir nutzen die Beschleuniger im All. Wir messen Protonen mit 100 Millionen TeV, Photonen mit 100 TeV und Neutrinos mit 1000 TeV. Die Energien sind also viel höher als mit den besten Beschleunigern. Die Zahl der Kollisionen ist aber zugegeben deutlich schlechter”, fasst Halzen zusammen.

Der Physiker von der University of Wisconsin misst hochenergetische Teilchen mit einem Detektor aus Eis, der in der Antarktis errichtet wurde. Unter der Erde messen Photodetektoren das Licht, das entsteht, wenn ein Neutrino auf einen Wasser-Atomkern im Eis stößt. Der Detektor aus einen Kubikkilometer Eis soll unter anderem bei der Suche nach dunkler Materie helfen und die Frage beantworten, was Teilchen auf solch enorme Energien beschleunigen kann. “Ich träume von der nächsten Supernova in unserer Galaxie. Mit unserem Detektor und Gravitationswellenmessungen könnten wir sie erkennen, bevor sie zu sehen ist. Wir wären so von Anfang an mit dabei”, sagt Halzen.

Dunkle Materie

Am CERN wird derzeit noch kalibriert, etwa durch die erneute Messung aller bekannten Teilchen aus dem Standardmodell bei höheren Energien, aber die Erwartungen sind hoch. “Ich träume von dunkler Materie, die wir vielleicht im LHC nachweisen können”, sagt Heuer. Zuletzt hat das CERN aber mit einer ganz anderen Entdeckung für Aufsehen gesorgt. Das ist eine bereits seit Jahrzehnten postulierte Form der Materie, die statt aus drei Quarks, wie unsere Protonen, Neutronen und Elektronen aus fünf Quarks besteht, genauergesagt aus vier Quarks und einem Anti-Quark. Die Forscher am CERN erhoffen sich durch die Pentaquarks neue Informationen über das Verhalten der starken Wechselwirkung.

Wirklich neue Physik eröffnet die Entdeckung aber nicht. “Die Pentaquarks stimmen mit den Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik überein”, so Heuer. Sollte auch der verbesserte LHC den Forschern keinen Weg über das Standardmodell hinaus zeigen, würden die Forscher trotzdem etwas lernen. “Auch das Ausschließen von Dingen kann eine Entdeckung sein. Wann der Zeitpunkt gekommen ist, zu sagen dass wir nichts gefunden haben, ist aber eine schwierige Frage. Viele mögliche Ereignisse sind sehr, sehr selten. Ich persönlich wäre niemals ausreichend überzeugt, dass da nichts mehr kommt”, sagt Heuer.

Deshalb soll der LHC auch noch mindestens 20 Jahre lang laufen. Über Nachfolgeprojekte wird zwar schon nachgedacht, aber die oberste Priorität ist, das Potenzial des vorhandenen Beschleunigers voll auszunutzen.”Hoffentlich geben uns die Ergebnisse einen Hinweis darauf, in welche Richtung wir als nächstes gehen sollten. Dann sollten wir einen Plan in der Schublade haben. Und die Kosten werden natürlich auch ein Faktor sein”, erklärt Heuer.