DEUTSCHLANDRADIO KULTUR RENDEZVOUS MIT DEM URKNALL

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DEUTSCHLANDRADIO KULTUR
FORSCHUNG UND GESELLSCHAFT AM 16. OKTOBER 2008
REDAKTION/AUTOR: PETER KIRSTEN
RENDEZVOUS MIT DEM URKNALL
ZUR EINWEIHUNG DES LARGE HADRON COLLIDER BEIM CERN
O-Ton
1 Milliarde Antiteilchen, 1 Milliarde Teilchen, schwarzer Sand, weißer Sand.
Und das Wunder, diese beiden Partien haben sich sofort nach dem Urknall
annihiliert, sind also zerstrahlt zu heißem Licht, denn die Hintergrundstrahlung
spüren wir immer noch.
Und was mysteriöser Weise übriggeblieben ist, und das versuchen wir noch
besser zu verstehen, ist ein extra Sandkorn, was Sie hier sehen.
Das Unverständliche und Erklärungsbedürftige ist - warum zum Teufel hat der
liebe Gott dieses eine extra Teilchen Materie gemacht gegenüber der fast
gleichen Antimaterie. Das ist eines der großen Rätsel – Das sind wir – Daraus
besteht das ganze Universum…
Autor:
Pressetermin am letzten Dienstag: Annette Schavan, die Bundesministerin für
Bildung und Forschung, steht staunend vor diesem Sandkorn, das nur durch
eine Lupe zu besichtigen ist und unser ganzes Universum verkörpern soll.
O-Ton
1
Es war alles ganz leicht asymmetrisch, nämlich verglichen mit der Menge, das
sind wir…
Nun gucken Sie mal alle rein und werden Sie demütig !
Autor:
Thomas Naumann, der Koordinator der eben eröffneten Ausstellung
„Weltmaschine“ und selbst forschender Elementarteilchenphysiker und Rolf –
Dieter Heuer, designierter Generaldirektor des CERN, versuchen zu erklären.
Das heißt, es geht nicht um Antworten, die sie selbst noch gar nicht kennen,
sondern um die Verständigung über Probleme, die sie umtreiben und die mit
der „Weltmaschine“, wie der weltgrößte Teilchenbeschleuniger Large Hadron
Collider auch genannt wird – vielleicht – einmal gelöst werden.
Eines dieser Probleme betrifft unsere Existenz, die Existenz unseres
Universums. Ein Glaswürfel von etwa einem Kubikmeter Größe, gefüllt mit
schwarzem Sand, stellt die Antimaterie dar, die mit dem Urknall entstand. Ein
zweiter von gleicher Größe, gefüllt mit weißem Sand, ist die Materie. Bruchteile
von Sekunden nach dem Urknall haben sich diese beiden Materiearten wieder
vernichtet, sind zerstrahlt. Und übrig geblieben wäre buchstäblich nichts, keine
Materie, aus der einmal Sterne und Planeten hätten entstehen können – wenn
nicht eben dieses eine „Sandkorn“ gewesen wäre.
Seit dem 10. September, als am Europäischen Kernforschungszentrum CERN
der LHC seinen ersten großen Test bestand und ein haardünner Protonenstrahl
den 27 Kilometer langen Ringtunnel problemlos passierte, sind die sonst etwas
zurückhaltenden Physiker ins Schwärmen gekommen. Einmal deshalb, weil nun
die lang ersehnten Antworten der Natur auf ihre Vermutungen, Hypothesen,
Theorien in greifbare Nähe gerückt sind. Aber dann auch wegen der großen
Resonanz, den der LHC bisher in der Öffentlichkeit fand – von Europa bis
Australien. Hier schwingt etwas der Traum vom Erreichen der Marktplätze mit,
den Brechts Galilei einst träumte, als er das heliozentrische Weltbild
propagierte. Auch Theaterdonner ist mit dabei: in der Realität, wenn die
Prophezeiung von Schwarzen Löchern für Aufregung sorgt - oder in der
Simulation, wenn der Urknall naht…
2
O-Ton
Jetzt verschwinden die Galaxien, wir kommen zum Zeitpunkt null, jetzt haben
wir nur noch Elementarteilchen – und da kommen simulierte Kollisionen vom
LHC…Achtung der Urknall, jetzt kommen die Teilchen – und da sind die Atlas –
Kollisionen…
Autor:
Eine Zeitreise zum Urknall wird hier auf einer Videoleinewand vorgeführt - bis
zu dem Zeitpunkt, eine Billionstelsekunde noch vom Big Bang entfernt, an dem
der LHC mit seinen Detektoren Atlas, dem Riesen, und CMS, dem Schweren,
ins Spiel kommt. Denn die mit fast Lichtgeschwindigkeit kollidierenden
Protonenstrahlen erzeugen auf kleinstem Raum jene gigantische Energie, die
der des wirklichen Geschehens zu diesem Zeitpunkt nahekommt.
Man nennt diesen LHC das größte und komplexeste Gerät, das jemals von
Menschen gebaut wurde. Deshalb war es ein guter Gedanke, dass vieles, was
im Umkreis der „Weltmaschine“ gedacht und gemacht wird, in einer
Wanderausstellung für alle zu besichtigen ist – bis zum 16. November in Berlin,
dann in anderen Städten Deutschlands.
Noch einmal zu dem Sandkorn, das unser Universum im Modell vorstellt und
das soviel Demut einfordert. Ein weiteres Problem, an dessen Lösung die
Physiker arbeiten, betrifft die Dunkle Materie und Dunkle Energie. Über 90
Prozent des Universums bestehen aus diesen rätselhaften Bestandteilen. Das
heißt, wenn wir auf unser Sandkorn schauen, dann können wir nur über den
zehnten Teil von ihm sagen, dass wir darüber etwas wissen. Der sehr viel
größere Teil liegt im Dunklen.
Bei soviel von der Natur verordnetem Nichtwissen – oder wäre hier besser der
Hinweis auf Gott angebracht – bei soviel Nichtwissen jedenfalls wird
menschliche Neugier besonders groß. Thomas Naumann, der Sprecher der
deutschen Kontaktgruppe zum CERN, wird im folgenden Gespräch erklären,
was die Physiker am weltgrößten Teilchenbeschleuniger nun zu finden hoffen.
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O-Ton
Atmo – so wird’s dann sein
Autor: Herr Naumann, eine Woche nach dem erfolgreichen Start am LHC, wo
zum ersten Mal ein Protonenstrahl durch diese 27 Kilometer gelaufen ist, gab
es einen kleinen Defekt, ein Leck entstand, wo Helium ausgetreten ist. Waren
die Physiker des CERN da etwas frustriert, nachdem so große Stimmung war
bei der Erprobung?
Thomas Naumann: Ja, natürlich ein bisschen. Am 10. September hat der
eigentliche Startup, die technische Inbetriebnahme des LHC, also schlichtweg
phänomenal gut geklappt. Wir haben mehr erreicht, als erwartet, nämlich nicht
nur den Protonenstrahl in einer Richtung herumgeschickt, sondern auch noch in
der anderen Richtung, und das in einer sehr kurzen Zeit. Wir haben auch die
Optik des Beschleunigers schon ein bisschen gesehen. Es war alles in bester
Ordnung. Dann gab es eben kurz danach in der Tat ein Problem. Dazu muss
man natürlich sagen, es gibt tatsächlich an so einer Maschine Dinge, die man
vorher nicht trocken testen kann.
Alle Magnete, alle 1.200 so genannten Dipolmagnete und auch die weiteren
tausend Magnete sind an der Oberfläche mehrfach durch solche
Katastrophenzyklen geschickt worden. Die werden unten installiert, miteinander
verbunden. Die Vermutung ist, dass an einer der Verbindungen, die man
natürlich erst unten schließen kann, im 27 Kilometer langen LHC-Tunnel, ein
kleines Stückchen normalleitend geworden ist.
Autor: Aber bis heute ist noch nicht genau raus, was da eigentlich passiert ist?
Thomas Naumann: Nicht genügend genau. Dieser Beschleuniger ist ja, wie wir
so schön sagen, der coolste Ort in der Galaxis. Er muss abgekühlt werden auf
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minus 272 Grad, also 1,8 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt, muss dann sehr
langsam wieder aufgewärmt werden bzw. das Achtel, das ein Problem hat. Und
dann kann man erst demontieren und schauen, was wirklich ist.
Autor: Und der Zeitplan sieht vor, dass im Frühjahr nächsten Jahres, also
2009, dann die Experimente, das Anlaufen des LHC wieder beginnen kann. Ist
das richtig?
Thomas Naumann: Das sah der Zeitplan sowieso vor. Es ist nicht so, dass wir
jetzt wirklich ein halbes Jahr verlieren. Erstens gibt es am Europäischen
Zentrum für Kernforschung in Genf immer eine Winterunterbrechung, schlicht
und ergreifend wegen der Strompreise. Und danach sollten sowieso noch
weitere Arbeiten durchgeführt werden. Also, der nächste Startup im Frühjahr
nächsten Jahres war so geplant. Was wir verlieren sind sicher viele Tage in
diesem Jahr, also ungefähr den November.
Autor: Während der Pressekonferenz, wo dieser phänomenale Probelauf
begleitet wurde, fragte hier in Berlin ein Journalist einen Physiker: "Glauben Sie
an das Higgs-Teilchen", eines der Teilchen, die mit dem LHC gefunden werden
sollen, "glauben Sie an die Stringtheorie?" Und der Physiker, ein Experimentalphysiker sagte ganz trocken: "Ich glaube an gar nichts. Ich möchte wissen, was
die Natur dazu sagt, sprich, was das Experiment am LHC dazu sagt, aber auf
die Frage kann ich Ihnen gar keine Antwort geben." Nun frage ich Sie. Was
glauben Sie? Woran glauben Sie? Wobei Glauben in diesem, unseren
Zusammenhang ja ein bisschen bedeutet, Wahrscheinlichkeiten zu bewerten,
welche Ergebnisse entstehen.
Thomas Naumann: Also, wir Wissenschaftler sollen natürlich in der Tat nicht
glauben. Wir wollen wissen. Und wir sind in einer - ich denke - auch in der
Wissenschaft einmaligen Situation. Das ist, wie wenn man als Kind im Theater
sitzt. Der Bühnenvorhang ist noch zu. Man weiß, dahinter beginnt gleich das
Theaterstück. Wir wollen rausbekommen, wie der liebe Gott sich diese Welt
vorgestellt hat, aber der Bühnenvorhang ist noch zu. Natürlich stellt man sich
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vor, was das sein könnte. Es gibt auch in der Wissenschaftsgeschichte, glaube
ich, einen fast einmaligen Theorienstau. Die theoretische Physik hat einen
unerhörten Vorlauf geschaffen. Der englische theoretische Physiker Peter
Higgs hat ja die Hypothese für dieses sagenhafte Higgs-Teilchen, was auch
etwas kitschig manchmal als "Gottesteilchen" bezeichnet wurde, 1964
aufgestellt. Das ist vor 44 Jahren. Das ist eine historisch sehr lange Zeit.
Ähnliches gilt für andere theoretische Elemente. Wir müssen jetzt ein riesiges
Programm abarbeiten, was menschliches Denken im Vorlauf theoretisch
erzeugt hat.
Autor: Lassen Sie uns mal auf diese beiden vielleicht wichtigsten Voraussagen
zurückkommen, auf das Higgs-Teilchen. Und dann gibt’s ja noch so andere
Teilchen. Die nennen sich im Fachjargon "SUSY-Teilchen". Dahinter verbirgt
sich Supersymmetrie. Beide Dinge sollten wir vielleicht mal ein klein wenig
erklären. Higgs-Teilchen hat was mit der Masse zu tun?
Thomas Naumann: Ja, das sind zwei etwas verschiedene Dinge. Das HiggsTeilchen hat was zu tun mit einem Problem des so genannten Standardmodells
der Teilchenphysik.
Autor: Übrigens auch schon über 20 Jahre alt.
Thomas Naumann: Ja. Dieses Standardmodell der Teilchenphysik hat ja die
Anzahl der Elementarteilchen wirklich reduziert auf ein sehr, sehr einfaches
Schema, unendlich viel einfacher, als das chemische Periodensystem der
Elemente von Mendelejew. Wir haben stark wechselwirkende und nicht stark
wechselwirkende Teilchen, also die Quarks und die Leptonen, zu denen das
Elektron zählt. Von denen haben wir drei Familien. Von denen gibt es immer ein
so genanntes Oben und Unten, ein Up- and Downteilchen. Das sind zwei mal
zwei mal drei, also 12 fundamentale Teilchen in einem supereinfachen Schema
- zwei mal zwei mal drei. Wir haben Anzeichen, dass es auch wirklich nur drei
Familien sind. Das ist ein wunderschönes Modell. Wir haben allerdings ein
Problem: Diese Theorie, diese fundamentale Theorie funktioniert nur ohne
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Masse, ohne dass das Phänomen Masse in der Welt ist. Nun wissen wir
natürlich, dass es Masse gibt. Wenn wir diese Masse in die Theorie aufnehmen,
funktioniert die nicht mehr, entstehen dort Reaktionswahrscheinlichkeiten
größer 100 %. Das kann nicht sein. Es entstehen logische Widersprüche. Die
hat dieser britische Theoretiker durch einen genialen Trick gelöst, indem er ein
völlig neues Teilchen eingeführt hat, das Higgs-Teilchen, was diese Theorie
vernünftig und berechenbar macht, und zwar ganz präzise berechenbar auch
mit massiven Teilchen.
In dieser Hinsicht ist dieses eine einzige Teilchen, was uns in dem
wunderschönen Gebäude unserer Welt noch fehlt, so etwas wie der
Schlussstein einer gotischen Kathedrale oder auch eines einfachen Torbogens.
Wenn Sie in einem schlichten aus trapezartigen Steinen zusammengefügten
Torbogen den obersten Stein rausziehen, fällt der in sich zusammen.
Autor: Das heißt, wenn das Higgs-Teilchen nicht gefunden wird…
Thomas Naumann: Ohne Higgs-Teilchen funktioniert die Welt nicht.
Autor: Und das ganze Standardmodell ist dann hinfällig?
Thomas Naumann: Ist damit hinfällig, ja.
Autor: Oder kann das Standardmodell in eine andere Richtung modifiziert
werden?
Thomas Naumann: Diese Modifikationen sind im Moment nicht bevorzugt,
sondern bevorzugt ist im Moment aus Gründen, die ich hier nicht weiter
erläutern kann, eindeutig etwas, wie das Higgs-Teilchen. Man kann auch
sagen, das ist eine Art mathematischer Trick. Das gab es in der
Wissenschaftsgeschichte durchaus mal. Bevor Einstein mit seiner
Relativitätstheorie das Problem der Endlichkeit und Konstanz der
Lichtgeschwindigkeit gelöst hat, musste man das Vakuum als einen unendlich
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elastischen Äther betrachten. Das war der blanke Irrsinn. Erst durch Einsteins
Umkehrung, indem er die Theorie vom Kopf auf die Füße gestellt hat, war der
Äther hinfällig, und man konnte wieder ganz normale Physik machen.
Kann sein, aber egal wie, wichtig ist: Die Regierung und die Steuerzahler haben
das Geld nur deshalb gegeben, weil auf jedem Fall an diesem Large Hadron
Collider in Genf etwas passieren muss. Wenn nicht das Higgs-Teilchen, dann
wird sich dort ein anderes Prinzip offenbaren.
Autor: Die anderen Teilchen sind die so genannten SUSY-Teilchen, auf die wir
auch noch zu sprechen kommen sollten, die die so genannte Supersymmetrie
voraussagt. Vielleicht sollten wir das noch mal ganz kurz erklären. Das ist auch
nicht so ganz einfach, aber es ist wichtig, um dann auch noch etwas zu diesen
großen rätselhaften Bereichen "Dunkle Materie" und "Dunkle Energie" zu
sagen.
Thomas Naumann: Die Supersymmetrie ist erst mal entstanden als ein
innertheoretisches Problem, nicht primär, um kosmologische Dinge zu erklären.
Darauf kommen wir noch zu sprechen. Der Punkt ist dort: Wir haben
grundsätzlich zwei verschiedene Teilchentypen. Wir erforschen in der
Elementarteilchenphysik die Bausteine der Materie. Das sind z.B. die so
genannten Quarks oder Elektronen. Aus denen setzt sich die Materie
zusammen. Und wir erforschen dann die Wechselwirkungen zwischen den
Bausteinen der Materie. Die große Frage der Teilchenphysik ist: Was sind die
Bausteine der Welt und was sind ihre Wechselwirkungen?
Die Wechselwirkungen wiederum werden vermittelt von ganz anderen Teilchen,
wie dem Lichtquant, dem Photon. Diese Teilchen haben grundsätzlich
unterschiedliche Eigenschaften, weil natürlich die Quelle einer Kraft und die
Kraft selber erst mal nicht dasselbe sind.
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Die Supersymmetrie geht davon aus, dass es zu jedem Baustein der Materie
ein gespiegeltes Teilchen gibt mit den Eigenschaften eines Wechselwirkungsteilchens und umgekehrt.
Autor: Deshalb Supersymmetrie.
Thomas Naumann: Das macht zu jedem Elektron ein supersymmetrisches
Elektron und zu jedem Photon eine so genanntes Photino. Es erzeugt eine
komplette Spiegelwelt. Das klingt erst mal irrsinnig und unökonomisch und
unästhetisch, aber es löst eine riesige Menge an theoretischen Problemen.
Autor: Nun liegen sehr viele Hoffnungen, Sie sagten, es löst eine Menge von
Problemen, darin, dass - wenn man solche SUSY-Teilchen findet - man dann
etwas sagen kann zu der rätselhaften Dunklen Energie und Dunklen Materie,
dass möglicherweise die Dunkle Materie eben aus diesen Teilchen besteht, die
man heute noch gar nicht kennt und die man vielleicht mit dem LHC finden
könnte.
Thomas Naumann: Bevor wir vom Kleinsten zum Größten kommen, möchte
ich erst mal sagen, dass uns die Supersymmetrie auch den Weg bereitet für
einen anderen Traum jeglicher Naturforschung, nämlich dem Traum von einer
Urkraft, dass es nämlich bei der Erschaffung der Welt nur ein Kraftprinzip
gegeben hat. Wir kennen ja heute den Elektromagnetismus, die Kernkraft, die
so genannte "schwache Kraft" der Beta-Radioaktivität und die Schwerkraft, die
Gravitation. Das sind vier voneinander geschiedene Wechselwirkungen.
Wir haben viel Grund anzunehmen, dass der liebe Gott diese Welt auf einen
Schlag und mit einer Kraft geschaffen hat und erst bei der Abkühlung des
Universums diese Kräfte sozusagen auseinander gefallen sind.
Autor: Aber wenn Sie schon den Begriff "lieber Gott" nehmen, dann die Frage
hinterher: Warum gehen wir eigentlich immer davon aus, dass der liebe Gott
das Einfachste macht?
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Thomas Naumann: Das ist eine sehr gute und sehr tiefe Frage. In der
Physikgeschichte hat sich dieser Reduktionismus, also der Traum davon, dass
diese Welt einfach und/ oder schön ist, bewährt. In dieser Art Physik, die wir
jetzt diskutieren, hat das ästhetisch Schöne als Erfolgskriterium tatsächlich
funktioniert. Ein klassisches Beispiel dafür ist Einstein, der sozusagen früh nicht
aus dem Bett aufgestanden wäre und geforscht hätte, wenn er nicht davon
überzeugt gewesen wäre, dass diese Welt schön und einfach geschaffen ist.
Autor: Die Symmetrie ist ein Grundprinzip in der Natur. Es gilt von der belebten
Materie an und geht hin bis zu den Elementarteilchen. Symmetrie ist übrigens
auch ein Ausdruck von Harmonie, von Ausgewogenheit, Ausgeglichenheit.
Gleichzeitig müssen wir doch sagen, dass das Neue entstanden ist - und hier
komme ich auch auf den Nobelpreis zurück, der gerade vergangene Woche
vergeben wurde - durch die Brechung von Symmetrien. Also, Brechung von
Symmetrien macht im Prinzip immer das Neue, den Sprung aus. Warum ist das
so?
Thomas Naumann: Warum, kann ich nicht beantworten. Ich möchte auch mal
darauf hinweisen, dass schon das schiere Phänomen des Higgs-Teilchens
ganz stark verbunden ist mit so genannter spontaner Symmetriebrechung.
Dafür hat insbesondere Nambu, der ja vor wenigen Tagen den Nobelpreis
bekommen hat, 1961 die theoretischen Grundlagen geliefert,
interessanterweise ursprünglich aus der Festkörperphysik heraus.
Eine weitere wichtige Symmetriebrechung ist einfach die Tatsache, dass wir
davon ausgehen müssen, dass diese Welt ursprünglich symmetrisch
geschaffen wurde bezüglich Materie und Antimaterie, nämlich aus einem ersten
Anstoß, der nur ein reiner Energieblitz war - das muss der erste Anstoß
gewesen sein -, wir aber heute sehen, dass nur Materie übrig geblieben ist. Es
ist eins der größten Rätsel der Physik: Wie komme ich aus einem reinen
Energieblitz, der keine Bevorzugung von Materie - Antimaterie hat, zu unserer
extrem asymmetrischen Welt? Da hilft in der Tat, helfen Phänomene der
Symmetriebrechung.
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Autor: Dass ein bisschen Antimaterie übrig geblieben sein muss.
Thomas Naumann: Ja, ein lächerlich geringer Anteil. Wir wissen heute, dass
auf ungefähr 6 Mrd. Lichtquanten, also Photonen der ursprünglichen 3° Kelvin
Hintergrundstrahlung, also der primären Hitze, nur ein einziges übrig
gebliebenes Proton kommt. Das heißt, unsere Existenz beruht auf einem
lächerlichen Rechenfehler des lieben Gottes. Wir müssen im gewissen Sinne
gegenrechnen eine Milliarde und ein Teilchen gegen eine Milliarde Antiteilchen.
Und das ist natürlich eine Demütigung für uns Menschen. Das ist natürlich
unerträglich, dass wir in gewisser Hinsicht von einem dummen Rechenfehler
des lieben Gottes abhängen. Das ist erklärungsbedürftig, und zwar aus ersten
Prinzipien. Das ist eines der Dinge, die eins der Experimente am LHC
erforschen soll, das so genannte Experiment LHCb.
Autor: Gut, lassen Sie uns noch mal zurückkommen auf die SUSY-Teilchen
und auf die dunkle Materie. Davon sind wir ja im Grunde ausgegangen. Wir
können sagen, dass wir, also die Physiker, da eine Verbindung sehen. Das
heißt, die Hypothese: SUSY-Teilchen, Teilchen der Supersymmetrie, die
vorhergesagt werden, können die dunkle Materie erklären.
Thomas Naumann: Das Argument kam im Nachhinein. Der erste
Ausgangspunkt ist, dass wir nur mit dieser etwas irrsinnigen Supersymmetrie,
also mit der Schaffung einer zusätzlichen und vermutlich sehr schweren
Spiegelwelt, auf dem Pfad der großen Vereinheitlichung vorankommen. Wenn
ich diesen theoretischen Zugang akzeptiere, dann gelange ich zu
hypothetischen sehr schweren Teilchen. Schwer heißt, so schwer, dass ich sie
mit bisherigen Beschleunigern nicht erzeugen konnte. Schwer heißt
insbesondere also durchaus hundert Mal schwerer als das Proton, das
Bestandteil des Atomkerns ist. Und diese Teilchen sind nun ein guter Kandidat
für das Phänomen der Dunklen Materie. Darauf sollten wir tatsächlich mal zu
sprechen kommen. Da sollten wir vielleicht mal systematisch vorgehen.
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Was ist eigentlich das Inventar des Kosmos heute? Vor 10, 20 Jahren hätte
man noch gesagt, so hab ich das auch meinen Studenten beigebracht: Wenn
ihr nachts an den Himmel schaut und seht die Sternlein da oben blinkern, seht
ihr das Universum. Das denkt man naiverweise. Das, wie wir jetzt wissen, ist
völlig falsch. Das Universum wird dominiert von etwa 72 %, die Zahl kennen wir,
glaube ich, auf ein, zwei Prozent genau, mysteriöser Dunkler Energie und etwa
25 bis 26 % Dunkler Materie. Und das, was wir normalerweise unter dem
Inventar des Universums verstehen, nämlich so genannte leuchtende Materie,
die leuchtenden Sterne, sind etwa 4,4 plus/minus 1 %. Man beachte übrigens
auch, und das ist ein gigantischer Erfolg der beobachtenden Astrophysik, mit
welcher Genauigkeit wir den Kosmos heute kennen. Eine Begleiterscheinung
ist, dass wir das Alter des Universums heute auf 13,7 plus/minus 0,1 Mrd. Jahre
beziffern können.
Und jetzt vielleicht mal zur Dunklen Materie: Wir wissen seit ungefähr 1931,
dass etwas faul ist mit der Schwerkraft in kosmologischen Maßstäben. Fritz
Zwicky hat schon in den USA in den 30er Jahren beobachtet, dass also
Galaxien umeinander herumkeulen und fliegen unter Verletzung des
Newtonschen Gesetzes. Das ist natürlich unerträglich. Wir wissen seit 10, 20
Jahren zunehmend genauer, dass in praktisch jeder Galaxis die äußeren
Sonnen, also Sterne, völlig falsch umlaufen, in einer zehnfachen Verletzung des
Newtonschen Gesetzes. Wir können über das Newtonsche Gesetz, was man ja
in der Schule lernt, schlussfolgern, dass fast jede normale Galaxis zu 90 % aus
nicht sichtbarer, sprich, Dunkler Materie besteht. Der beste Kandidat für diese
Dunkle Materie sind die supersymmetrischen Teilchen.
Das ist eine sehr interessante Tendenz natürlich. Ich selber beschäftige mich
mit den kleinsten Bausteinen der Materie. Wir brauchen aber die Kosmologen,
die das ganze Universum behandeln. Das ist eine sehr schöne Sache.
Normalerweise wird ja beklagt, dass Wissenschaft immer mehr auseinander
bricht, sich diversifiziert, auseinander fusselt. Wir beobachten jetzt die Tendenz,
dass die Erforschung des Größten und die Erforschung des Kleinsten ganz
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solidarisch Hand in Hand gehen, dass also getrennte Wissensgebiete
zusammengeführt werden.
Ich träume persönlich als Resultat des LHC auch von einer Vereinheitlichung
unseres Weltbildes, dass das Wissen vom Größten und das Wissen vom
Kleinsten zusammengehen und wir zu einer viel einheitlicheren Welt kommen.
Autor: dafür wären die SUSY-Teilchen ein schönes Beispiel, ein schönes
Modell.
Thomas Naumann: Natürlich.
Autor: Trotzdem, wenn ich mir überlege, dass dunkle Materie und dunkle
Energie über 90 % ausmachen, dann ist das geradezu eine Metapher dafür,
dass wir nur den geringsten Teil wissen.
Thomas Naumann: Es ist nicht sicher, dass wir einen riesigen Beitrag zur
Frage machen, was ist Dunkle Energie. Die Dunkle Energie ist vielleicht das
Mysteriöseste, weil sie nach unserem heutigen Wissen erst mal nur ein
abstrakter Beitrag zum Messwesen des Universums ist. Dunkle Energie lässt
sich im Moment nicht einmal irgendeiner bekannten Wechselwirkung zuordnen.
Wir wissen nicht mal, ob Dunkle Energie direkt etwas mit Schwerkraft zu tun
hat. Sie treibt nur das Messwesen, also die Abstände, sage ich jetzt mal
bewusst, im Universum auf eine mysteriöse Art und Weise auseinander.
Autor: Aber Sie deuteten vorhin an mit diesem Hinweis auf die Galaxien, die
sich verkehrt rum drehen, schneller drehen etc., etc., dass ja doch was mit der
Gravitation da…
Thomas Naumann: Bei der Dunklen Materie. Bei der Dunklen Energie hat es
etwas zu tun mit der abstrakten Struktur von Raum und Zeit eventuell. Die
Beobachtung bei Dunkler Energie ist, dass sich der Kosmos geringfügig
schneller ausdehnt, dass der Kosmos also seine Expansion etwas beschleunigt
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hat in den letzten Milliarden Jahren. Es sieht so aus, als würde der Kosmos
ungefähr seit sieben Milliarden Jahren, und das ist mit großem Fehler behaftet,
also, seit der sozusagen seine Jugendzeit oder sein halbes Alter hinter sich
gebracht hat, wieder ganz, ganz geringfügig Gas gibt und wieder expandiert.
Vielleicht gibt es da irgendwelche Zusammenhänge zwischen HiggsPhänomen, der jetzigen langsamen Inflation und dieser primären Inflation, die
also unvorstellbar schnell gegangen ist. Ich würde sagen, das ist das offene
Ende.
Trotzdem gibt es, um es mal kurz zu machen, zwei - ich denke - fest gebuchte
Forschungsgebiete, wo der LHC was sagen wird, auch wenn nicht das
Erwartete rauskommt, also die Frage: Wie kann ich das Standardmodell
sozusagen vom Kopf auf die Füße stellen? Das ist das Thema Higgs und auch
das Thema der supersymmetrischen Teilchen. Das ist eigentlich das Thema
des Wegs zur Urkraft, zur großen Vereinigung.
Autor: Sie erwähnten schon den Theorienstau. Noch mal in Erinnerung
gebracht: Das Standardmodell ist über 20 Jahre alt, selbst mit der Verfeinerung
von Peter Higgs. Die Supersymmetrie ist über 20 Jahre alt. Die Stringtheorie ist
auch über 20 Jahre alt. Übrigens Richard Feynman, ein ganz Großer der
theoretischen Physik, war äußerst skeptisch gegenüber der Stringtheorie. Das
heißt, es ist in der Tat ein Stau da, der vielleicht teilweise mit dem LHC
aufgelöst werden kann. Auf der anderen Seite, wird da nicht ein enormer
Erwartungsdruck jetzt ausgelöst, gerade auch von den Theoretikern? Und die
armen Experimentalphysiker müssen nun sehen, wie sie diesem Druck gerecht
werden.
Thomas Naumann: Ja, der Erwartungsdruck ist in der Tat gigantisch. Das hat
sich ja auch daran gezeigt, dass der Startup des LHC das größte Medienevent
in der Wissenschaftsgeschichte war, mit 8.500 Zeitungspublikationen weltweit
am 10. September.
Autor: Und Rundfunksendungen.
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Thomas Naumann: Ja. 100 Mio. Klicks auf den CERN-Webseiten bis das
CERN-Web, was ja nun die Wiege des Internets ist, das World Wide Web
wurde ja am CERN erfunden, praktisch zusammenbrach. Das war schon ein
völlig einmaliges Event. Das freut uns Teilchenphysiker natürlich, aber das
erzeugt natürlich einen großen Druck.
Andererseits ist es tatsächlich so, dass sozusagen die Natur mit den Kollisionen
am LHC die Hosen runterlassen muss. Es ist absolut sicher, dass wir dort
etwas sehen, weil eine schlichte Extrapolation des jetzigen Wissens ohne
Higgs-Teilchen, ohne Supersymmetrie zu logischen Widersprüchen führt.
Autor: Wenn relativ lange Zeit die Natur keine Antworten gibt, weil die
Experimente nicht durchgeführt werden konnten aus Gründen, dass eben im
Prinzip die Geräte noch nicht da sind, gibt es da das Phänomen, dass
möglicherweise ab und zu mal so die Theorie ins Kraut schießt und die
Theoretiker dann im Prinzip ein bisschen ins Fantasieren kommen ?
Thomas Naumann: Durchaus. Das kann man der Stringtheorie ein bisschen
vorwerfen. Ich kenne einige Stringtheoretiker, die sehr wohl um das Problem
wissen, dass sie also lange genug das Papier voll geschrieben haben. Da kann
keiner was dafür, auf keinen Fall die Theoretiker. Und wir Experimentatoren
müssen einfach auf diese Milliarden teuren Maschinen warten. Wir kommen ja
mit dem LHC bis auf Temperaturen wie eine Milliardstelsekunde nach dem
Urknall. Das heißt, wir wollen wirklich dem lieben Gott oder, wie Einstein gerne
sagte, "dem Alten auf die Schliche kommen". Und das hat seinen Preis. Das
sagt man so leicht, eine Milliardstelsekunde nach dem Urknall. Das ist aber eine
unvorstellbar kurze Zeit und unvorstellbar hohe Temperaturen. Dafür muss
eben die ganze Menschheit sich zusammentun und diese Weltmaschine,
diesen Weltbeschleuniger bauen. Das passiert natürlich nicht jeden Tag,
sondern das hat einen Vorlauf von 25 Jahren. Das hat mit Kosten zu tun, mit
der schieren Größe von 27 Kilometern. Das ist in der Tat ein Problem. Aber der
liebe Gott macht es uns eben nicht leicht, ihm auf die Schliche zu kommen. Ich
meine, zu was schicken wir Menschlein uns denn da an?
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Autor: Es gibt ein Nachfolgeprojekt für den LHC. Der LHC ist noch gar nicht
richtig in Betrieb. Wir haben es erwähnt, im Frühjahr laufen die Experimente an.
Trotzdem gibt es schon ein nächstes Projekt. Das wird mit diesem Apparat
dann gemacht.
Thomas Naumann: Ja, die Teilchenphysiker der ganzen Welt haben sich
zusammengeschlossen für dieses Nachfolgeprojekt mit dem Namen
"International Linear Collider". Der Name sagt schon, dass wir dort auf jeden
Fall ganz von Anfang an die Ressourcen der gesamten, der ganzen Welt
bündeln müssen. Das wird ein Beschleuniger sein, der nicht die kompliziert
zusammengesetzten Protonen aufeinander schießt, sondern wieder ganz
fundamentale Teilchen, die Elektronen und ihre Antiteilchen. Es wird ein
Geradeausbeschleuniger sein. Der LHC ist ein Kreisbeschleuniger, wo die
Teilchen die Beschleunigungsstrecken Tausende Male durchlaufen. Hier
müssen die Ressourcen der ganzen Welt gebündelt werden. Und da wir ja
Vorlaufs- und Planungszeiten von 10, 20 und mehr Jahren haben, müssen wir
in der Tat schon jetzt darüber nachdenken. Das geschieht am Deutschen
Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg, an dem ich arbeite, auch am
Europäischen Zentrum für Kernforschung. Diese Maschine wird eine
Präzisionsmaschine sein. Der LHC wird typisch eine Entdeckungsmaschine
sein, wo man vielleicht einen Nobelpreis bekommt oder große Entdeckungen
macht. Der kann aber von seiner Konstruktion her nicht übermäßig präzise sein.
Die nächste Maschine wird eine Hochpräzisionsmaschine sein. Dort werden wir
hoffentlich "dem Alten" noch viel präziser auf die Schliche kommen und das
Standardmodell weiter ausloten.
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