Die Teilchen-Suche geht weiter

Wien. Seit wenigen Wochen ist der Large Hadron Collider (LHC) im Europäischen Kernforschungszentrum Cern bei Genf wieder in Betrieb. Seit 3. Juni wird dort mit der bisher höchsten Energie - 13 Teraelektronenvolt (TeV) - gearbeitet, um im 27 Kilometer langen, stärksten Beschleunigerring der Welt wieder Protonen aufeinanderprallen zu lassen. Die Fachwelt hofft, dass die ersten Resultate bereits auf der "European Physical Society Conference on High Energy Physics" (EPS-HEP2015), die von 22. bis 29. Juli an der Universität Wien stattfindet, vorgestellt und diskutiert werden können.

Zu dieser größten Konferenz auf dem Gebiet der Teilchenphysik, kombiniert mit einer Ausstellung und einem Dialog mit Künstlern, werden mehr als 700 Fachleute aus etwa 35 Ländern erwartet. Gastgeber ist das Wiener Institut für Hochenergiephysik (Hephy) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), die gemeinsam mit der Universität Wien und der Technischen Universität (TU) Wien diese Veranstaltung trägt und organisiert. In einem Pressegespräch am 10. Juni, auf den Tag genau 60 Jahre nach der Grundsteinlegung für Cern, informierten Experten über die Fragen, mit denen sich die Konferenz befassen wird - Grundfragen zur Existenz unseres Universums.

Dunkle Materie, Dunkle Energie

Durch den Nachweis des Higgs-Bosons im Jahr 2012, der 2013 zur Verleihung des Physik-Nobelpreises an Peter Higgs und Francois Englert führte, wurde das sogenannte Standardmodell der Elementarteilchenphysik in fast allen Details bestätigt. Andre Hoang, Physiker an der Uni Wien, betont freilich: "Das Standardmodell ist noch keine Weltformel." Wir wissen nicht, ob sich unser Universum in einem stabilen Zustand befindet. Unsere Materie macht davon jedenfalls nur vier Prozent aus, die sogenannte Dunkle Materie aber mindestens das Fünffache davon - und darüber hinaus gibt es noch die rätselhafte Dunkle Energie. Dass Dunkle Materie existiert, kann man aus der Beobachtung der Galaxien schließen: Infolge ihrer raschen Rotation müsste es die Galaxien auseinanderreißen, es sei denn, es wird ihnen zusätzliche Masse, eine besondere gravitative Anziehung verliehen - durch ein Etwas namens Dunkle Materie.

Die neuen Experimente am LHC könnten Hinweise auf die Eigenschaften der Dunklen Materie liefern. Einige Theorien vermuten, dass Dunkle-Materie-Teilchen leicht genug sind, um am LHC produziert zu werden. Wenn sie, ohne ein Signal im Detektor zu hinterlassen, das Experiment verlassen, trügen sie Energie und Impuls davon, was den Wissenschaftern über die fehlende Energie und den fehlenden Impuls Rückschlüsse auf die Existenz der Dunklen Materie erlauben würde.

Eine direkte astronomische Evidenz für Dunkle Materie liefert der "Bullet Cluster" (Gewehrkugelhaufen) im Sternbild Carina, wo zwei Galaxienhaufen kollidieren und Astronomen mittels des Satelliten Chandra die Verteilung von Galaxien, Dunkler Materie und intergalaktischem Gas vermessen konnten. Darauf verwies Anton Rebhan, Physiker an der TU Wien. Er stellte die Verbindung "vom Größten zum Kleinsten und retour" her. Das Standardmodell der Teilchenphysik sei mit dem Standardmodell der Kosmologie verbunden, der Expansion des Universums seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren. Im Alice-Experiment am Cern lasse sich durch die Kollision hochgeladener Blei-Ionen für einen winzigen Moment ein Quark-Gluon-Plasma erzeugen, wie es wenige Millionstelsekunden nach dem Urknall bestand, ehe ein Übergang zur heutigen gewöhnlichen Materie stattfand.

Riesendatenmenge als Problem

Hephy-Direktor Jochen Schieck erhofft durch die Steigerung der Energie bei den Cern-Experimenten von 7 TeV auf nun 13 TeV deutliche wissenschaftliche Fortschritte. In den nächsten zwei bis drei Jahren soll die im Zeitraum 2011/2012 gesammelte Datenmenge um den Faktor 10 vergrößert werden. Nicht ganz einfach sei die Auswertung der Unmenge an Daten, vieles müsse gleich ausgeschieden werden: "Nur jedes millionste Ereignis ist interessant." Zur Suche nach Dunkler Materie stellte er pointiert fest: "Man sucht praktisch nach nichts. Denn man schießt etwas aufeinander, was verschwindet."