Funktioniert sie jetzt endlich richtig,  die "größte Maschine der Welt"?

Angenommen, ein Hochhaus würde fast doppelt so teuer wie geplant und wegen kaputter Steckdosen verzögerte sich die Schlüsselübergabe um ein Jahr. Würde man dem Bauherrn gratulieren? Eher nicht.

Der Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) am Genfer Forschungszentrum Cern hat eine ähnliche Vergangenheit – gefeiert wird dort trotzdem. Denn die ringförmige Partikelrennbahn ist die größte je zusammengebaute Maschine, ein Unikat also. Das ist eine gute Ausrede, wenn etwas schiefläuft. Und es lief viel schief . Was dort passiert, wenn die Maschine läuft, verstehen nur Physiker wirklich. Sie können also selbst definieren, wann sie Erfolge feiern. Und mit Fanfarenmeldungen geizte man in den vergangenen Wochen nicht. November 2009: erste Kollisionen im LHC; neuer Weltrekord der Teilchengeschwindigkeit; Dezember 2009: Teilchen jetzt noch schneller, also wieder Weltrekord; 19. März: Teilchen noch einmal schneller, wiederum Weltrekord; 30. März: Teilchen mit erneuter Rekordgeschwindigkeit kollidiert. Alles klar?

Tatsache ist: Die Maschine läuft mit halber Kraft. In zwei Jahren soll sie noch einmal gewartet werden, danach wird Vollgas gegeben. Interessante Ergebnisse werden die Physiker frühestens in einigen Monaten veröffentlichen. Bis dahin findet man sicher noch manche Gelegenheit zum Feiern.

Wozu treibt man unter Genf überhaupt den ganzen Aufwand?

Teilchenphysik funktioniert ungefähr so, als würde man ein Klavier aus dem vierten Stock auf ein zweites Klavier am Boden fallen lassen, um aus dem Geschepper auf die Existenz der Note Fis zu schließen.

In Beschleunigern wie dem LHC prallen Atomkerne aufeinander. In ihren Trümmern suchen Physiker nach Spuren der Elementarteilchen, der Bausteine der Atome – und damit der ganzen Welt, inklusive Sonne, Mond und Sterne. 18 dieser Bausteine enthält das derzeitige Standardmodell der Physik (wie sie aussehen, weiß niemand). Entdeckt wurden alle bis auf eins, das Higgs-Boson. Am LHC will man es endlich finden.

Europäische Forscher rechtfertigen die Milliardenkosten dafür so: Teilchenphysik ist Grundlagenforschung, und die gehört zur Kultur genauso wie ein Opernhaus. Dank der Beschleuniger verstehen wir, was die Welt im Innersten zusammenhält. Und außerdem wurde am Cern das World Wide Web erfunden.

Können die Physiker damit jetzt auch den Urknall simulieren?

Nein. Der Urknall selbst bleibt unerreichbar. Das Universum begann, so glauben die meisten Fachleute, unendlich dicht, unendlich heiß und unendlich klein. Zu viel der Unendlichkeit, um im Labor nachgespielt zu werden. Erst von dem, was danach kam, haben die Physiker ein Bild. Die unsagbar heiße Energiesuppe dehnte sich aus, kühlte sich ab und ordnete sich dabei in Strahlung und verschiedene Sorten von Materieteilchen – ungefähr so, wie aus Wasserdampf zuerst Tröpfchen kondensieren und dann Schneeflocken kristallisieren.

Mit Teilchenbeschleunigern versuchen die Physiker, diesen Prozess umzukehren und sich Stück für Stück an den Urknall heranzuarbeiten. Der LHC beschleunigt Teilchen auf bisher unerreichte Energien, simuliert also Bedingungen, die näher am Urknall sind als je ein Experiment zuvor. Er dringt bis in die erste Nanosekunde des Universums vor, als das All erfüllt war von einem Plasma aus Quarks und Gluonen. Eine Nanosekunde danach ist wenig Zeit, aber physikalisch ist der Urknall auch von dort noch unendlich weit entfernt.

Was hat es mit dem Higgs-Teilchen auf sich?

Es ist das letzte Elementarteilchen aus dem Standardmodell , das noch fehlt – und jenes, das den Schlüssel zu allen anderen verspricht. Denn nach einer Theorie des britischen Physikers Peter Higgs aus den sechziger Jahren muss ein bislang unbekanntes Feld ("Higgs-Feld") alles durchdringen und sämtlichen anderen Elementarteilchen ihre Masse verleihen.

Anschaulich lässt sich der Higgs-Mechanismus mit einer Cocktailparty unter Politikern vergleichen: Zu Anfang sind die Anwesenden gleichmäßig verteilt, doch sobald der Premierminister den Raum betritt, versammeln sich viele um ihn herum, auch wenn er sich durch den Raum bewegt.

Warum nennt man das Higgs-Boson auch »Gottesteilchen«?

Dieser Mechanismus greift auch, wenn ein Gerücht den Raum durchquert. Darum herum scharen sich ebenfalls Zuhörer und verleihen ihm so eine (wenn auch flüchtige) Masse. Auf ähnliche Weise soll das Higgs-Feld eine Art Pseudopartikel hervorbringen – das Higgs-Teilchen. Dessen Nachweis wäre der beste Beleg für die ganze Theorie.

Die Mehrzahl der Physiker geht davon aus, dass das Higgs-Teilchen existiert; für den dahinter liegenden Mechanismus gibt es so viele Hinweise, dass er fast als indirekt bewiesen gilt. Nur der Astrophysiker Stephen Hawking hat 100 Pfund darauf gewettet, dass das Higgs-Teilchen nie gefunden wird. Sollte er recht behalten, wäre die Frage, was den subatomaren Bausteinen unserer Welt ihre Masse verleiht, wieder völlig offen.

Aber warum nennt man das Higgs-Boson auch "Gottesteilchen"?

Preisfrage: Wie verkauft man eine komplizierte physikalische Theorie, für die sich niemand interessiert? Antwort: Indem man einen Bezug zur Metaphysik herstellt. Dass diese Methode zuverlässig funktioniert, hat nicht nur Stephen Hawking bewiesen, der in seiner Kurzen Geschichte der Zeit immer wieder auf "Gott" und dessen Plan zu sprechen kommt. Auch Leon Lederman ist ein gutes Beispiel.

Nachdem er 1988 den Nobelpreis für Physik erhalten hatte, tat er, was viele auf der Höhe ihres Ruhmes tun: Er schrieb ein Buch. Selbstverständlich eines über sein Forschungsgebiet, die Suche nach den Bausteinen der Materie. Darin bezeichnete er das verzweifelt gesuchte Higgs-Boson als "goddamn particle" (gottverdammtes Teilchen). Als am Ende noch ein griffiger Buchtitel fehlte, kam der Verleger auf die Idee: Wenn aus goddamn particle das "Gottesteilchen" würde, wäre nüchterne Physik auch für Gläubige interessant.

Und so geschah es: Ledermans Buch erschien 1993 unter dem Titel The God Particle – und seither hat das Higgs-Teilchen seine höheren Weihen weg. Dessen eigentlicher Namensgeber Peter Higgs ist darüber übrigens keineswegs erfreut: Schließlich glaube er selbst nicht an Gott, und auch das nach ihm benannte Partikel habe damit nichts zu tun.

Werden am Large Hadron Collider Schwarze Löcher erzeugt?

"Hoffentlich!", würden viele Physiker antworten. Denn Schwarze Löcher unter Genf gäben Auskunft über die Struktur von Raum und Zeit. Im Jahr 2001 war der Bau des LHC am Anfang, der Betriebsbeginn in weiter Ferne, die Physiker hatten Muße für Gedankenspiele. Einige rechneten im Internet vor, dass in der Maschine tatsächlich Schwarze Löcher entstehen könnten – womöglich im Sekundentakt.

Denn bei den Teilchencrashs wird Materie auf engstem Raum zusammengepresst, was laut Relativitätstheorie das Raum-Zeit-Gefüge verzerrt. Wenn dieses Gefüge eine bestimmte, theoretisch vorhergesagte Struktur hat, können beschleunigte Teilchen gleichsam winzige Löcher hineinreißen – eben Schwarze Löcher. Klingt komisch? Physikern war diese Idee nicht neu, sie wurde schon diskutiert, als der Schwerionenbeschleuniger RHIC im Jahr 2000 in Brookhaven auf Long Island anlief.

Weil aber Schwarze Löcher den Ruf gefährlicher Allesfresser haben, kamen Befürchtungen auf: Ein künstliches Schwarzes Loch könne außer Kontrolle geraten und zuerst Brookhaven (beziehungsweise Genf) verschlucken, danach die ganze Erde. Beiderseits des Atlantiks zogen Untergangspropheten gegen RHIC und LHC vor Gericht, in Deutschland sogar bis vors Bundesverfassungsgericht – stets vergeblich. Tatsächlich würden sich künstliche Schwarze Löcher ganz anders verhalten als ihre kosmischen Verwandten. Sie wären mikroskopisch klein, deshalb würden sie binnen Sekundenbruchteilen zerstrahlen.

Das sagt die Theorie, aber auch alle Beobachtungen sprechen dafür: Im All und in der Atmosphäre passieren in jeder Sekunde unzählige ähnliche Teilchenkollisionen wie im LHC. Würden daraus stabile Schwarze Löcher entstehen, wäre das All voll von ihnen. Natürlich kann niemand beweisen, dass aus dem LHC kein gefräßiges Schwarzes Loch erwächst. Aber deshalb die Maschine stoppen? Dann dürfte man auch nicht mehr vor die eigene Haustür treten, weil man von einem Meteoriten getroffen werden könnte. Die Menschheit geht weitaus größere Risiken ein als mit dem LHC.

Hat die Physik ihr Ende erreicht, wenn das Higgs-Boson auftaucht?

Das Ende der Physik wurde schon oft ausgerufen. Aber bis jetzt gab es dann doch immer noch genug Widersprüche zwischen Theorie und Experiment. Zum Beispiel kann auch das Standardmodell der Teilchenphysik nicht erklären, wie Gravitation entsteht. Oder die Dunkle Materie – jene unbekannten Teilchen, aus denen mehr als 80 Prozent der Materie im Universum bestehen.

Manche Theoretiker sagen gar voraus, dass für jedes Elementarteilchen des Standardmodells ein Zwillingsteilchen existiert. Würde man eines davon am LHC finden, wäre das eine Sensation. Die Wissenschaftler hätten neue Daten für die erhoffte "Weltformel" : Eine solche "Theorie für Alles" solle Relativitätstheorie und Quantenphysik (zu der auch das Standardmodell gehört) vereinigen, träumte schon Albert Einstein . Die Experimentatoren hätten dann ein Argument, einen noch größeren Beschleuniger zu bauen, um nach den anderen Zwillingsteilchen zu suchen.

Im schlimmsten Fall finden die Physiker am Cern nur das Higgs-Boson. Dann hätten sie die Vorhersagen des Standardmodells zwar bestätigt, aber keine Anzeichen für eine neue Physik entdeckt. Ihrer Wissenschaft würde das kein Ende setzen, wohl aber der Ära der Beschleuniger. Von den goldenen Zeiten der Teilchenphysik bliebe dann nur ein Ringtunnel im Juragestein.