Am 4. Juli 2012 wartete man am Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) in Genf mit der Nachricht der Entdeckung des lange gesuchten Higgs-Bosons auf. Fast auf den Tag genau zehn Jahre später startet am Dienstag (5. Juli) die weltgrößte Maschine, der Large Hadron Collider (LHC), in seinen dritten Zyklus oder "Run". "Wir sind vollkommen auf Schiene", sagte Robert Schöfbeck vom Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW).

Die Teams sind im Kontrollraum bereits rund um die Uhr tätig. Es werden auch wieder einzelne Protonenbündel in den gigantischen unterirdischen Ring eingeschossen. "Wir machen Testläufe", erklärte Schöfbeck im Gespräch mit der APA. Ab Anfang kommender Woche lässt man die mit annähernd Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung fliegenden Teilchen dann wieder aufeinanderprallen. Diese Kollisionen bei hohen Energien haben einen Teilchenregen zur Folge, die Vorkommnisse nach dem Aufprall werden von riesigen Detektoren aufgezeichnet. Einer dieser großen Detektoren ist das CMS-Experiment, dessen österreichische Analyseeinheit der Forscher leitet.

Datenunmengen

"Wir prüfen jede Komponente des Detektors", das Hauptaugenmerks liegt zur Zeit auf der Online-Datennahme. Entscheidend ist hier die Technologie, die automatisch darüber entscheidet, welche Ereignisse tatsächlich aufgezeichnet werden. Das ist absolut zentral, da der Teilchenbeschleuniger in einem solchen Run am laufenden Band Zusammenstöße und damit auch Unmengen an Daten produziert. Dabei tut sich vieles, das man schon hinreichend kennt - wirklich interessante Ereignisse sind sehr selten. Es sind tatsächlich nur wenige unter Milliarden von Zerfallsprozessen. Die Erstauswahl trifft daher ein "Trigger"-System, zu dem die HEPHY-Mitarbeiter entscheidende Beiträge geliefert haben. Auch der Bau dieser Komponente wurde von Wien aus organisiert. Den Forschern geht es u.a. um Zerfälle der "schwersten, fundamentalen Teilchen - diese sind spektakulär, und die wollen wir alle erwischen".

Das Abspeichern der richtigen Daten für spätere, weiterführende Analysen ist also ganz zentral in dem hochkomplexen Prozess. Wenn bald wieder die Protonenstrahlen kollidieren, geht "die Triggerrate durch die Decke". Funktioniert eine Komponente nicht und schlägt etwa bei jedem Ereignis an, bringt das große Probleme mit sich. Im Detektor selbst befinden sich zu jedem Zeitpunkt die Produkte von mehreren Kollisionsereignissen. Die Taktung der Detektorkomponenten und die Messungen müssen also absolut exakt sein, um die Ereignisse überhaupt auseinanderzuhalten, erklärte Schöfbeck.

Nachweisbar sind nur Zerfallsprodukte

Die jahrzehntelang von Theoretikern in den Raum gestellte Entdeckung des Higgs-Bosons vor zehn Jahren brachte dem Forschungsfeld viel Prestige ein - die Investition in den LHC hatte sich also gelohnt. Die Detektion war nicht einfach, da das Higgs-Teilchen selbst sehr schnell wieder zerfällt. Nachweisen lassen sich nur seine Zerfallsprodukte. Versteckt hat es sich übrigens in einem der letzten und am schwierigsten auszuleuchtenden Fenster im Energiespektrum, sagte Schöfbeck.

Der Schlüssel waren letztlich relativ wenige aufgezeichnete interessante Ereignisse. Jetzt wisse man aber sehr genau, worauf man achten muss. Bei seiner Masse von 125 Gigaelektronenvolt "ist eine große Zahl an verschiedenen Zerfällen möglich, die wir alle im Detektor gut sehen können und die verschiedene Eigenschaften haben". Die Daten aus dem zweiten Durchlauf haben den Blick der Wissenschafter weiter geschärft. Bisher hat der LHC aber erst rund fünf Prozent der Daten gesammelt, die ihm bis zu seinem Ende prognostiziert werden. Run 3 wird den Anteil auf zehn Prozent erhöhen.

Steigende Genauigkeit

Die Physiker können also nun noch präziser nach verschiedensten Zerfallsprodukten Ausschau halten. Letztlich ist die steigende Genauigkeit wichtig, um auch immer weiter an die Grenzen des Standardmodells der Teilchenphysik zu gelangen und es weiter zu testen.

So gut dieses Modell auch funktioniert, "es kann nicht die letzte Theorie sein, die wir entwickeln", da sich etwa das Konzept der Gravitation nicht darin integrieren lässt. Ebenso verhält es sich mit der mysteriösen Dunklen Materie und der Dunklen Energie. Schöfbeck: "Steckt man das Standardmodell in den Computer und spielt die Entwicklung des Universums nach, dann verschwindet alles. Es bleibt nur Strahlung übrig." Woher die Teilchen-Asymmetrie rührt, der wir letztlich das uns bekannte Universum zu verdanken haben, wisse man nicht.

Hochenergiephysik

Daher der Fokus auf Ergebnisse aus Hochenergiephysik-Experimenten, die auf Abweichungen von dem Modell hinweisen. So gebe es interessante Ergebnisse aus dem Belle-Detektor am "SuperKEKB"-Teilchenbeschleuniger in Japan, die schon recht deutlich "abseits des Standardmodells" erscheinen. Ob dahinter tatsächlich etwas steckt, sollte sich auch durch Daren aus den LHC-Detektoren näher einschätzen lassen. "Ich glaube, am Ende des 'Run 3' können wir hier interessante Beiträge liefern", zeigte sich Schöfbeck überzeugt.

Aber auch recht bodenständige Fragen beschäftigen die Experten, denn angesichts der Energiekrise werde auch die Stromrechnung am CERN teurer. Den mittelfristigen Betrieb des LHC sieht der Forscher durch die aktuellen Entwicklungen nicht gefährdet. Was dies aber für LHC-Nachfolger-Überlegungen bedeutet, lasse sich noch nicht abschätzen. Das Designkriterium "Energieverbrauch" werde "mit Sicherheit wichtiger". (apa)