Das Alptraum-Szenario

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Als der Large Hadron Collider am CERN im Jahr 2009 in Betrieb ging, wusste man natürlich nicht, was man mit der Maschine entdecken würde. Wenn das schon vorher klar gewesen wäre, hätte man sich den Aufwand schließlich sparen können! Aber – man hatte diese Investition doch nicht ganz ohne Absicherung gemacht, denn es gab das sogenannte No-Lose-Theorem, ein Argument, weshalb man sich sehr sicher sein konnte, dass der LHC nicht ohne Entdeckung bleiben würde. Es lautete in etwa so:

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Believe the Hype! Für eine unverhohlene Wissenschafts-Eventkultur

Fast jeder, der dieser Tage die Wissenschaftsnachrichten verfolgt, wird mitbekommen haben, dass am morgigen amerikanischen Unabhängigkeitstag (seit 2012 auch der Higgs-Tag!) die Sonde Juno den Jupiter erreicht. Wochen vorher schon begann auf diversen Podcasts und Blogs die Vorfreude auf diese nächste Heldentat der Raumfahrt.

Auch wenn sie noch von einem vergleichsweise kleinen Personenkreis verfolgt werden, werden wissenschaftliche Ereignisse zunehmend zu gesellschaftlichen „Events“, die gemeinsam erwartet, erlebt und gefeiert werden. Das geschieht in viel kleinerem Rahmen als bei einem Fußballturnier, aber nicht zuletzt dank der sozialen Medien schon wesentlich intensiver als vor 10 Jahren. Gerade wenn es um die inspirierenden Themen geht – die Eroberung des Weltalls, die Anfänge des Universums und darum, was die Welt im Innersten zusammenhält – fühlt man sich inzwischen zumindest ein kleines bisschen wie beim Fußballschauen, nur dass eben nicht gemeinsam mitgefiebert wird, ob der Elfmeter verwandelt wird, sondern dabei, ob die Sonde den fernen Kometen trifft oder die neueste SpaceX-Rakete die Landeplattform. Autokorsos bleiben noch aus, aber das kann ja noch werden.

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(Quelle: CERN)

Erklimmt das LHC-Signal für das Higgs-Boson die 5 Standardabweichungen, haben „wir“ Gravitationswellen gesehen? Wie andere Events werfen diese Dinge inzwischen ihre Schatten voraus. Im Fall der Gravitationswellen bei LIGO verbreiteten Physiker wie z.B. Lawrence Krauss schon Monate vor der offiziellen Pressekonferenz relativ konkrete Gerüchte, die dann in den sozialen Medien und Wissenschaftsblogs ihre Runden drehten, bis sie von der konventionellen Presse aufgegriffen wurden.

Dass das für die Experimentatoren der LIGO-Kollaboration mitunter auch frustrierend war, ist durchaus nachvollziehbar, und es hagelte teils bittere Kritik an den Gerüchteköchen – lenken sie nicht die wertvolle gesellschaftliche Aufmerksamkeit auf sich, die eigentlich den Wissenschaftlern der Experimente zusteht, und stehlen damit deren Moment des Triumphs? Der Konsens unter Wissenschaftlern scheint zu sein, dass abgewartet werden muss, bis alles offiziell fertig und abgesegnet ist, von der entsprechenden Stelle verkündet und dann von der Öffentlichkeit wohlwollend zur Kenntnis genommen werden kann – nur dann ist der Vorgang der hehren Wissenschaft angemessen. Das sehe ich anders.
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Der Graph des Monats: Was ist drin im Universum, und was hat der LHC damit zu tun? (Teil 2)

Im ersten Teil hatte ich erzählt, dass verschiedene Beobachtungen stark nahelegen, dass der Inhalt des Universums – was die Energiemenge angeht – etwa zu 70% aus Dunkler Energie und zu etwa 30% aus Materie besteht. Diese 30% Teilen sich in etwa 5% herkömmliche Materie (Atome, Atomkerne+Elektronen) und gut 25% Dunkle Materie auf. Dazu kommen kleinere Mengen Strahlung und der Beitrag der Neutrinos.

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Quelle: ESA

Dunkle Energie

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Der Graph des Monats: Was ist drin im Universum, und was hat der LHC damit zu tun? (Teil 1)

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Dieses Mal haben wir einen Graph ausgewählt, der eigentlich der Kosmologie zuzuordnen ist. Er sagt uns etwas sehr wichtiges: Wie gekrümmt und wie voll das Universum ist, und damit, wieviel Dunkle Energie und (Dunkle) Materie es enthält:

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Quelle: Particle Data Group

Um aber gleich die wichtigsten Spoiler vorweg zu bringen: Das Universum ist offenbar nicht merklich gekrümmt, und es enthält Dunkle Energie und Dunkle Materie! Aber lasst uns, im wahrsten Sinne des Wortes, von vorne anfangen! Ganz vorne…

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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!

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!

Der Graph des Monats: Bosonen-Allerlei

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Graf Graph lässt bitten…

Egal, ob bahnbrechende Jahrhundert-Entdeckungen oder die Diskussion minutiöser technischer Feinheiten – fast immer sind in der Physik Grafiken, Plots, Diagramme mit von der Partie.

In diesem Segment nehmen wir uns mal besonders aktuelle, mal einfach nur interessante oder hübsche Grafiken aus der Teilchenphysik und verwandten Gebieten vor, und erzählen, was man sieht und welche physikalischen Phänomene und Ideen dahinter stecken.

Als Einstieg für unser Graph-des-Monats-Feature haben wir diese schöne Grafik des CMS – Experiments ausgewählt, einem der großen Experimente am Large Hadron Collider. Hier gibt es allerlei zu sehen:

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Was sehen wir in diesem hübschen Bild? Weiterlesen „Der Graph des Monats: Bosonen-Allerlei“