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25.02.2015

10:35 Uhr

Teilchenbeschleuniger LHC

Weltmaschine vor dem Neustart

Zwei Jahre ruhte der Betrieb am weltgrößten Teilchenbeschleuniger, dem LHC des Kernforschungszentrums CERN bei Genf. Jetzt wird die Weltmaschine wieder hochgefahren - und soll eines der größten Rätsel der Physik lösen.

Riesige Magnete halten die Teilchen auf ihren Kreisbahnen durch den Beschleuniger. AFP

Das Herz des Teilchenbeschleunigers LHC

Riesige Magnete halten die Teilchen auf ihren Kreisbahnen durch den Beschleuniger.

BerlinNicht weniger als den Weltuntergang malten Kritiker an die Wand, als der leistungsstärkste Teilbeschleuniger der Welt erstmals 2008 in Betrieb ging. Doch die gigantischen Energien am Large Hadron Collider (LHC) bei Genf setzten in den darauffolgenden Jahren keine unkontrollierbaren Reaktionen in Gang, sondern stießen das Tor in eine neue Physik auf.

Nach der Entdeckung des lange gesuchten Higgs-Teilchens 2012 steht der unterirdische Beschleuniger nun vor einem Neustart mit fast doppelter Energie. Damit könnte die Physik vor neuen, bahnbrechenden Entdeckungen stehen.

Fragen und Antworten zum Higgs-Teilchen

Welche Aussagen für die Teilchenphysik stecken in der Entdeckung des Cern?

Die von beiden Großdetektoren ATLAS und CMS beobachteten Signale beschreiben Zerfälle eines neuen Teilchen. Die Zahl der Ereigniskandidaten und die Verteilungen der nachgewiesenen Zerfallsteilchen entsprechen der Hypothese, dass es sich um das Higgs-Boson handelt. Die Wahrscheinlichkeit, dass die beobachteten Signale eine Fehlmessung oder statistische Fluktuation sind, liegt bei 1:1.000.000.

Welche Bedeutung hat diese Beobachtung für die Wissenschaft?

Die Entdeckung des Higgs-Teilchens ist ein Meilenstein der Grundlagenforschung. „Wir sind dem Traum der Menschheit, zu verstehen, was die Welt im Innersten zusammenhält, ein wichtiges Stück näher gekommen“, so die offizielle Einordnung des Cern. Darüber hinaus zeigt das Ergebnis, was die Wissenschaft erreichen kann, wenn sie ihre Kräfte weltweit bündelt. 10.000 Wissenschaftler aus 60 Ländern von allen Kontinenten arbeiten am LHC-Projekt friedlich zusammen. „Auf diese Weise trägt die Elementarteilchenphysik einen wichtigen Beitrag zur Kultur unseres Zeitalters bei“, sind die Cern-Forscher überzeugt.

Welche Bedeutung hat das Higgs-Boson?

Jedem Elementarteilchen kommt eine besondere Aufgabe zu: aus den sogenannten Fermionen, das sind Quarks und Leptonen, wird die Materie aufgebaut, während die sogenannten Bosonen Kräfte übermitteln. Das Higgs-Boson ist dafür verantwortlich, dass Elementarteilchen ihre (träge) Masse erhalten. Jedes dieser fundamentalen Teilchen ist ein unverzichtbarer Baustein unserer Natur, ohne den die Welt entweder nicht existieren würde oder sich aber in einem sehr exotisch Zustand befände.

Welche offenen Fragen kann der LHC noch beantworten?

Auch nach der Entdeckung des Higgs-Teilchens sind noch nicht alle grundlegenden Geheimnisse der Physik aufgedeckt. Offene Fragen gibt es etwa noch zur Beschaffenheit der Dunklen Materie oder zu den Asymmetrien in der Natur. Die Cern-Froscher hoffen, dass ein langjähriges Messprogramm am LHC, ab 2015 bei doppelter Energie, hier deutliche Erkenntnisgewinne bringen wird.

In dem knapp 27 Kilometer langen Ringtunnel des LHC unter dem Gelände des europäischen Atomforschungszentrums CERN lassen die Wissenschaftler Protonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen. Bei diesen Kollisionen hoffen die Forscher, auf Spuren bislang unbekannter Elementarteilchen zu stoßen. Der bislang prominenteste Fund war das wegen seiner fundamentalen Bedeutung für die Physik auch „Gottesteilchen“ genannte Higgs-Boson, das vor knapp drei Jahren am LHC entdeckt wurde.

Im Februar 2013 wurde der LHC nach dreijährigem Betrieb heruntergefahren und modernisiert. Ende März ist nun der Neustart mit deutlich höherer Energie geplant: Zunächst werden Protonen in zwei gegenläufigen Strahlen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Ende Mai oder Anfang Juni könnten dann die mit Spannung erwarteten ersten Protonen-Kollisionen stattfinden – mit einer Energie von bis zu 13 Teraelektronenvolt. Zum Vergleich: Seinen bisherigen Energierekord erreichte der LHC 2012 mit acht Teraelektronenvolt.

Entdeckungen bei solchen Energien könnten die Grenzen der Physik verschieben. „Das Aufregendste ist, dass wir wirklich nicht wissen, was wir finden werden“, sagte kürzlich der CERN-Wissenschaftler Rolf Landua. „Am wichtigsten wäre die Entdeckung einer neuen Art von Teilchen, das uns helfen würde, das Geheimnis der Dunklen Materie zu lüften.“

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