"Wir baden in Dunkler Materie"

"Wiener Zeitung": Hochenergiephysik wird weltweit erforscht. Worin bestand Ihr Interesse an Wien?

Jochen Schieck: Das Institut für Hochenergiephysik (Hephy) hat eine große Tradition und spielt derzeit eine entscheidende Rolle sowohl beim "Belle 2"-Experiment in Japan als auch am Teilchenbeschleuniger im Cern in Genf. An beiden Experimenten bin ich bereits beteiligt, und gerade "Belle 2" liegt mir am Herzen, denn die Flavour-Physik ist der Bereich, in dem ich zu Hause bin. Weiters sollte man laut der Ausschreibung neue Ideen einbringen und neue Forschungsrichtungen etablieren. Es ist eine tolle Herausforderung, dass es dafür im Rahmen eines Impulsprogramms neue Personalmittel gibt.

Was darf man sich unter Flavour-Physik vorstellen?

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt alle Prozesse auf der mikroskopischen Skala der Teilchen. Es gibt drei TeilchenFamilien und jede Sorte wird drei Mal dupliziert - aber nicht exakt identisch. Und es gibt die Wechselwirkungen, die einen Übergang zwischen einzelnen Teilchen-Familien erlauben. Die Flavour-Physik erforscht die Übergänge der Teilchen von einer Generation in die andere. Das erlaubt neue Rückschlüsse auf die Beschaffenheit unseres Universums.

Welche neuen Ideen werden Sie als Hephy-Direktor verfolgen?

Eine der großen Fragen ist der Ursprung der Dunklen Materie. Ich werde dazu eine Gruppe mit sechs Mitarbeitern etablieren. Wir wissen aus Messungen auf größeren Skalen - Drehungen von Galaxien, Messungen des Mikrowellenhintergrunds -, dass es fünf Mal mehr Dunkle Materie gibt als richtige Materie. 70 Prozent des Universums bestehen aus dunkler Energie, 25 Prozent aus Dunkler Materie und 5 Prozent aus bekannter Materie. Das Standardmodell der Physik beschreibt nur diese fünf Prozent. Doch damit sich Galaxien ausbreiten und rotieren können, benötigen wir Dunkle Materie. Sie leuchtet nicht - wir sehen sie nicht mit elektromagnetischen Wellen -, aber wir können sie gravitativ messen. Zur Frage, woraus genau sie besteht, gibt es allerdings nur Theorien. Ein Ansatz ist, dass Dunkle Materie aus einer neuen Spezies von Teilchen besteht.

Wie könnten Sie solche neuartigen Teilchen nachweisen?

Dunkle Materie taucht in verschiedenen Dingen auf. Man geht davon aus, dass sie mit einer gewissen Geschwindigkeit im Universum umherschwirrt und mit Detektoren wechselwirkt. Allerdings ist es nur eine Wechselwirkung pro Kilogramm Materie pro Jahr, sie ist also extrem schwach. Zudem gibt es viele Prozesse im Standardmodell, die viel häufiger vorkommen und ein ähnliches Bild darstellen. Das heißt, ich muss die bekannten Prozesse abschirmen, um nur noch die interessanten Ereignisse zu sehen. Wenn ich solche Experimente tief im Berg durchführe, habe ich zum Beispiel keine kosmische Höhenstrahlung, aber jede Menge Dunkler Materie. Denn unsere Galaxie rotiert und daher gehe ich davon aus, dass wir uns in einem Bad von Dunkler Materie bewegen.

Ich sitze also hier und rund um mich ist lauter Dunkle Materie?

Ja. Sie merken es ja auch gar nicht, weil die Wechselwirkung so schwach ist, dass das keinen Effekt auf Sie hat. Aber die Idee ist, dass wir in einem Halo von Dunkler Materie eingebettet sind. Das Universum liefert gratis den Beschleuniger und ich muss jetzt nur noch mit meinem Detektor lange genug dasitzen und warten, ob er ausschlägt. Wir gehen davon aus, dass Dunkle Materie mit Atomkernen wechselwirkt und die Kerne einen Rückstoß erhalten. Den Rückstoß versuche ich, nachzuweisen, da Standardmodell-Teilchen anders reagieren als Dunkle-Materie-Teilchen.

Wenn es denn Teilchen sind.

Sobald wir nachgewiesen haben, dass Dunkle Materie Teilchencharakter hat, müssen wir herausfinden, welchen Wirkungsquerschnitt, welche Masse, welchen Spin diese Teilchen haben und was die Implikationen sind. Wenn wir das wissen, haben wir etwas in der Hand, das uns das Universum genauer erklären könnte. Die Hoffnung ist, dass wir in den nächsten 10 bis 15 Jahren entscheidend weiterkommen. Wenn nicht, müssen wir uns die Frage nach dem Teilchencharakter der Dunklen Materie neu anschauen. Es gibt nämlich auch die Idee, dass es gar keine neuen Teilchen sind, sondern bereits bekannte baryonische Masse, die nicht leuchtet.

Wie lange läuft Ihr Vertrag?

ÖAW-Direktoren werden auf fünf Jahre bestellt und der Vertrag wird durch das Präsidium der Akademie der Wissenschaften erneuert, wobei der bestehende Direktor ein sehr guter Kandidat ist. Es kommt jedenfalls nicht alle fünf Jahre ein neuer Direktor.

Wünschen Sie sich einen Job auf Lebenszeit?

Das ist die Hoffnung.

Jochen Schieck: Der Physiker, Jahrgang 1971, studierte an der Universität Heidelberg und forschte am Max-Planck-Institut für Physik. Seit 2011 ist er Professor an der Ludwig Maximilians-Universität München und leitet eine Arbeitsgruppe für Experimentelle Teilchenphysik. Am 1. Oktober übernimmt er das Direktorat des Instituts für Hochenergiephysik (Hephy) der Akademie der Wissenschaften in Wien vom derzeitigen Direktor Christian Fabjan.