Auf zu neuen Ufern, oder – Quo vadis, LHC?

Nachdem vorletzte Woche ein ambitionierter Marder in der Elektrik des Large Hadron Colliders sein tragisches Ende gefunden und damit den leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger der Welt vorübergehend stillgelegt hat, ist nun wieder alles repariert und die Maschine läuft wieder!

The 2016 physics season starts at the LHC: https://t.co/ztmppJYxtf
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— CERN (@CERN) 9. Mai 2016

Doch was erwartet uns nun an wissenschaftlichen Ergebnissen? Die Pflicht besteht in der genaueren Vermessung der bekannten Teilchen, vor allem des noch „frischen“ Higgs-Bosons, über dessen genaue Eigenschaften es noch viel zu lernen gibt.

Die Kür wäre aber eine Entdeckung. In aller Munde sind derzeit die Hinweise auf ein neues Boson mit der sechsfachen Masse des 2012 entdeckten Higgs-Teilchens. Würde sich herausstellen, dass es sich hier nicht um einen statistischen Ausreißer handelt, sondern tatsächlich um ein neues Teilchen, könnte man das ohne zu viel Übertreibung als den größten Umbruch in der Teilchenphysik seit den 70er Jahren nennen. Denn fast alles, was seitdem in der Teilchenphysik getrieben wurde, ist sehr eng mit der „Theorie von fast allem“, dem sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik verknüpft. Es ist die große Theorie der elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkungen, die in den 1960ern von Glashow, Salam und Weinberg aufgestellt und im Anschluss durch verschiedene Arbeiten um die starken Wechselwirkungen erweitert wurde.

Die Entdeckung eines völlig neuen, unerwarteten Teilchens wäre ein regelrechter Befreiungsschlag für die Grundlagenphysik

Es wurden seitdem zwar wichtige teilchenphysikalische Entdeckungen gemacht, die über das Standardmodell in seiner ursprünglichen Form hinausweisen (vor allem, dass Neutrinos eine Masse haben – noch ist unbekannt, wie das funktioniert!), doch wirkliche Entdeckungen neuer Teilchen, die ein völlig neues Fass der Grundlagenphysik aufmachen würden, blieben bisher aus. Das Standardmodell funktionierte als Theorie bisher so gut, dass man schon langsam begann, sich Sorgen zu machen, in welche Richtung die Forschung weitergehen könne. Die Entdeckung eines völlig neuen, unerwarteten Teilchens wäre ein regelrechter Befreiungsschlag, würde ein Tor zu ganz neuer Forschung sowohl aus experimenteller als auch theoretischer Sicht aufstoßen.

Der mit Abstand stärkste Hinweis auf „neue Teilchenphysik“, den wir haben, kommt aus der Astrophysik und Kosmologie – das Standardmodell sagt nichts über die Dunkle Materie aus, denn die bekannten Teilchen haben die falschen Eigenschaften, um sie zu stellen. Es ist sehr plausibel, dass die Dunkle Materie aus Teilchen besteht, die am LHC hergestellt und beobachtet werden können, denn es ist nicht schwer, ein entsprechendes theoretisches Modell aufzustellen – es ist aber alles andere als sicher. So wurden beispielsweise „Axionen“ genannte Teilchen vorgeschlagen, die als Dunkle Materie funktionieren, aber nicht am LHC entdeckt werden können (dazu mehr in meinem Beitrag in der Sterne und Weltraum 08/16).

Daneben gibt es verschiedene etwas rätselhafte Messergebnisse, die auf neue Phänomene hinweisen könnten, aber erst durch weitere Messungen am LHC oder anderen Experimenten bestätigt werden müssen. So legen die sogenannten B-Mesonen ein etwas eigenartiges Verhalten an den Tag, und das Magnetfeld der Myonen scheint etwas von der theoretischen Erwartung abzuweichen.

Jede teilchenphysikalische Messung und Vorhersage kommt mit statistischen und systematischen Unsicherheiten daher. Die Dunkle Materie steht auf einer sehr sicheren empirischen Grundlage, die anderen bisher gesehenen Ungereimtheiten könnten allerdings statischen Ausreißern geschuldet sein – schließlich wird es umso wahrscheinlicher, einen Ausreißer zu beobachten, je mehr Beobachtungen man macht.

Die Messungen des Jahres 2016 werden uns mit etwas Glück Klarheit bringen. Gibt es neue Physik in unserer Reichweite, die die offenen wissenschaftlichen Fragen klären oder neue Einsichten über den Kosmos im Größten und Kleinsten liefern kann?

Abwarten!

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