"Wir haben es!" CERN feiert Durchbruch bei Higgs-Suche

Das Higgs-Boson verleiht den Bausteinen des Universums ihre Masse. Seit Jahrzehnten suchen Forscher das Elementarteilchen. Nun wurde am Teilchenbeschleuniger LHC ein neues Teilchen gefunden, das ihm entspricht.

Das europäische Kernforschungszentrum CERN dürfte das bisher nur theoretisch vermutete Higgs-Boson entdeckt haben. Bei einer Pressekonferenz erklärte Joe Incandela, Sprecher für eines der umfangreichen Experimente am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC), dass ein neues Elementarteilchen beobachtet wurde. Es sei definitiv ein neues Boson, das schwerste je gefundene, aber ob es das Higgs-Teilchen ist, könne noch nicht mit absoluter Sicherheit gesagt werden. "Es ist ein vorläufiges Ergebnis, aber wir glauben es ist stark und stabil", sagte Incandela. Der während des Vortrags anwesende 83-jährige Peter Higgs, nach dem das Teilchen benannt ist, war bei der Bekanntgabe der Ergebnisse zu Tränen gerührt. "Es ist unglaublich, dass ich das noch zu Lebzeiten miterleben konnte", sagte der schottische Physiker im Rahmen der Veranstaltung. Die Zuseher jubelten und applaudierten lautstark.

"Ära der Higgs-Messungen"

Fabiola Gianotti und Peter Higgs (c) EPA (DENIS BALIBOUSE / POOL)

Incandela ist Sprecher für das Experiment CMS (Compact Muon Solenoid). Ein weiteres Experiment, ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), fand ebenfalls Hinweise auf das Higgs-Boson, wie Sprecherin Fabiola Gianotti bei der Vorstellung der ATLAS-Ergebnisse erklärte. "Wir begeben uns in die Ära der Higgs-Messungen", sagte Gianotti. Die Ergebnisse des CERN würden die "Tür in eine strahlende Zukunft öffnen", sagte sie. Incandela mahnte dennoch zur Vorsicht: "Wir brauchen noch mehr Daten." CERN-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer zeigte sich deutlich gefestigter in seiner Ansicht, dass das Higgs-Boson gefunden sei. "Wir haben es!" verkündete Heuer euphorisch und ergänzte später: "Es ist ein historisches Ereignis." Er lobte die Ergebnisse aber auch als Ergebnis einer weltweiten Anstrengung. Die Entdeckung des neuen Teilchens werde höchstwahrscheinlich "Licht auf andere Geheimnisse unseres Universums scheinen".

Physik hängt von theoretischem Teilchen ab

Was ist ein Boson?

Die Ankündigung, die über die CERN-Website live übertragen wurde, löste Jubel und Applaus bei den anwesenden Forschern aus. Teilchenphysiker versuchen bereits seit Jahren, das Higgs-Boson zu finden. Es ist ein wesentlicher Bestandteil des derzeit gültigen Standardmodells der Physik, war bisher aber nur ein theoretisches Konstrukt. Bestätigt sich die Vermutung der Forscher, könnte das eine der wichtigsten Entdeckungen in der Physik der letzten Jahrzehnte sein. Nahezu die gesamte Physik seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts basiert auf dem Standardmodell. Die nach dem indischen Physiker Styendranath Bose benannten Bosonen sind gewissermaßen der Klebstoff des Universums. Sie vermitteln die Kräfte zwischen den Materieteilchen. Das Higgs-Teilchen verleiht nach dem Standardmodell der Physik den Bausteinen des Universums ihre Masse.

Higgs erklärt Masse

Kollisionen im CMS-Detektor des LHC AP

Mit dem sogenannten Higgs-Mechanismus wird seit 1964 im Standardmodell der Elementarteilchen-Physik erklärt, wie die Teilchen - also die Grundbausteine der Materie - ihre Masse erhalten. Higgs-Bosonen, wenn sie denn existieren, wären ein Produkt dieses Mechanismus. Die Suche nach dem Higgs-Teilchen gehört zu den zentralen Aufgaben des LHC-Teilchenbeschleunigers an der französisch-schweizerischen Grenze. Mehr als hundert Meter unter der Erde lassen die CERN-Wissenschaftler in dem 27 Kilometer langen Ringtunnel Protonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen.

99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit

Aus den Spuren, die sich nach den Protonen-Kollisionen messen lassen, könnte das Higgs-Boson nachgewiesen werden. Schon im vergangenen Dezember konnten die Physiker ihre Suche deutlich eingrenzen: Die Experimente der beiden Teams hatten ergeben, dass sich die Spuren des Higgs-Teilchens bei einer Masse von rund 125 Gigaelektronenvolt (GeV) konzentrieren. Der LHC ist für eine Energiemenge von bis zu 14 Teraelektronenvolt (TeV; ein TeV sind 1000 GeV) vorgesehen. Dabei wird 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreicht.

7,5 Milliarden Euro teures Projekt

Der LHC hat schon viel Kritik einstecken müssen. Österreichs damaliger Wissenschaftsminister Johannes Hahn hatte 2009 sogar einen Ausstieg aus dem CERN erwogen und musste dann zurückrudern. Grund für die anfängliche Skepsis waren die 7,5 Milliarden Euro, die für die Konstruktion des LHC budgetiert wurden. Bereits 1995 wurde sein Bau genehmigt. Zahlreiche Verzögerungen führten dazu, dass die größte Maschine der Menschheit erst im Jahr 2008 den Betrieb aufnehmen konnte. Ein Schaden führte dazu, dass der LHC erst 2010 voll eingesetzt werden konnte. Seit April 2012 werden Protonenstrahlen mit jeweils 4 TeV genutzt, was die doppelte Kollisionsenergie ergibt.

Grundlagenforschung: Laser und Touchscreen

Konkrete Alltags-Anwendungen können sich aus den LHC-Ergebnissen noch nicht ableiten lassen. Die Grundlagenforschung (und nichts anderes wird am CERN betrieben) hat aber oft schon unerwartete Nachwirkungen gehabt. Als Albert Einstein im Jahr 1916 erstmals über "stimulierte Emission" schrieb, wusste noch niemand, dass sich daraus im Endeffekt der Laser (ein Akronym für "Light Amplification through Stimulated Emission of Radiation") und seine vielfältigen Anwendungsgebiete ergeben würden. Geschweige denn, dass man Jahrzehnte später um wenig Euro an jeder Ecke Laserpointer erstehen könnte. CERN hat übrigens bereits in den 1970er Jahren etwas eingesetzt, das Apple seit 2007 für sein iPhone reklamiert: Den kapazitiven Multitouch-Touchscreen. Für den Teilchenbeschleuniger Super Proton Synchrotron wurden 1977 Steuergeräte mit solchen Displays entwickelt. Ihre Weiterentwicklung sitzt heutzutage in jedem Smartphone.

Der weltweit größte Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) wurde im September 2008 bei Genf in Betrieb genommen. Physiker aus aller Welt erhofften sich Antworten auf grundlegende Fragen nach Ursprung und Aufbau der Welt. Bereits wenige Wochen später musste das Experiment wegen einer Panne abgebrochen werden. Inzwischen läuft die größte Maschine der Menschheit wieder und liefert Ergebnisse. (c) Reuters (Denis Balibouse)

Am 4. Juli 2012 konnten die CERN-Forscher einen bahnbrechenden Durchbruch vermelden. Sie fanden ein neues Teilchen, das recht genau den bisher nur theoretischen Angaben des Higgs-Bosons entspricht. Jubel und Standing Ovations waren die Folge. (c) EPA (DENIS BALIBOUSE / POOL)

Seit Ende März 2010 lief der LHC mit der Hälfte seiner möglichen Energie. Protonenstrahlen prallen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit mit einer Energie von 3,5 Teraelektronenvolt (TeV) pro Strahl aufeinander. Noch nie wurden Teilchen mit so einer Energie auf einander gejagt. Am 5. April 2012 wurden erstmals Strahlen mit jeweils 4 TeV genutzt. (c) REUTERS (DENIS BALIBOUSE)

Die Kollisionen seien technisch höchst schwierig zustande zu bringen, so CERN-Direktor Rolf Heuer. "Wie wenn man zwei Stecknadeln im Flug treffen will." (c) AP (SALVATORE DI NOLFI)

Trotzdem gelang den Forschern und Technikern aber diese scheinbar unmögliche Aufgabe. Der LHC produziert inzwischen unzählige Kollisionen, die ausgewertet werden müssen. (c) EPA (SALVATORE DI NOLFI)

Vor dem Neustart des Large Hadron Collider im November 2009 herrschte Hochbetrieb am CERN. Alle Systeme wurden sorgfältig überprüft. (c) AP (Fabrice Coffrini)

Die Forscher jubelten bei der Wiederinbetriebnahme der größten Maschine der Menschheit. (c) EPA (BRICE / CERN / HANDOUT)

Erste Kollisionen konnten damals schon durchgeführt werden. Hier im Bild der ATLAS-Detektor.

Auch der riesige CMS-Detektor konnte Kollisionen aufzeichnen. Noch ist der Teilchenbeschleuniger aber mit reduzierter Leistung unterwegs. Die großen Entdeckungen sollen erst später kommen.

CERN-Direktor Rolf Heuer warnte vor allzu großer Euphorie. Der LHC sei wie ein neues Auto, das man erst langsam einfahren müsse. "Wir können nicht gleich Vollgas geben", erklärte Heuer bei einer Pressekonferenz anlässlich des Neustarts. Die Vorsicht ist berechtigt. Immerhin warf ein Fehler im Kühlsystem das gigantische Experiment um ein Jahr zurück. (c) AP (LAURENT GILLIERON)

Der Schaden trat im Sektor 3 - 4 der Anlage auf. Dort war eine fehlerhafte elektrische Verbindung zwischen zwei Magneten die Ursache für einen Defekt. Der Teilchenbeschleuniger musste deshalb bis Ende Oktober 2009 ruhen. (c) CERN

Die fehlerhafte elektrische Verbindung (im Bild) verursachte einen Schaden an den Supraleiter-Magneten, weshalb aus diesen das Kühlmittel Helium austrat. (c) CERN

Im Bild ist die Halterung eines Magneten zu sehen. Insgesamt mussten die Techniker des CERN 53 Magneten ausbauen. Anfang Mai war die Reparatur fertig und alle 53 Stück wieder unter der Erde. Bis Herbst soll die Reparatur abgeschlossen sin. (c) CERN

Mehr als 100 Meter unter der Erde hatten die Wissenschafter Elementarteilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander schießen und dabei eine Glut entstehen lassen, wie sie unmittelbar nach dem Urknall herrschte, also bei der Geburt des Universums. (c) EPA (FABRICE COFFRINI)

Rascher als erwartet war es den CERN-Technikern nach dem Start am 10. September gelungen, zwei Protonenstrahlen in die 26,7 Kilometer langen Vakuumröhren des LHC einzuschießen. Bereits innerhalb des ersten Tages legten die Teilchen bereits eine Strecke von 8000 Kilometer zurück. Zu Kollisionen ist es dann nicht mehr gekommen ... (c) reuters (Denis Balibouse)

Die Maschine musste nach einer Überhitzung abgeschaltet werden. Die Betriebstemperatur von minus 271,3 Grad konnte nicht gehalten werden. Im Herbst 2009 soll der LHC wieder in Betrieb genommen werden und dann kontinuierlich laufen. Weiter: Spektakuläre Fakten über die "größte Maschine der Welt". (c) AP (Fabrice Coffrini)

Obwohl der LHC gebaut wurde, um die kleinsten Bausteine der Welt zu erforschen, ist er die größte und komplexeste Maschine, die je geschaffen wurde. Der LHC hat einen Durchmesser von 27 Kilometer und liegt 100 Meter unter der Erde. (c) reuters (Denis Balibouse)

Bei voller Energie rasen rund 11.000 Mal pro Sekunde Billionen an Protonen durch den LHC. Die Teilchen bewegen sich mit 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. (c) reuters (Denis Balibouse)

Wenn zwei Protonenstrahlen aufeinandertreffen, entstehen Temperaturen, die 100.000 Mal heißer sind als die Sonne. Das Kühlsystem hält den LHC durch flüssiges Helium auf einer Temperatur von minus 271,3 Grad Celsius. (c) reuters (Denis Balibouse)

Die Daten, die bei dem Experiment anfallen, werden rund 100.000 Dual-Layer DVDs pro Jahr füllen.Im Bild: Der GRID-Speicherraum im CERN Computer-Zentrum. (c) EPA (FABRICE COFFRINI)

Um die Ergebnisse der Teilchenkollisionen erfassen zu können, haben die Wissenschaftler Geräte konstruiert, mit denen sich die dabei entstehenden Partikel bis auf wenige Milliardstel Sekunden messen lassen und ihr Ort auf Millionstel Meter genau bestimmt werden kann. (c) reuters (Denis Balibouse)

Das CERN übernimmt mit dem Beschleuniger wieder eine Führungsrolle bei der experimentellen Teilchenphysik. Das als "Europäischer Rat für Kernforschung" gegründete Institut hat seinen Namen später um "Europäisches Zentrum für Teilchenphysik" ergänzt. (c) EPA (FABRICE COFFRINI)

"Uns bewegen heute zweierlei Gefühle", sagte CERN-Direktor Robert Aymar, "die Freude, dass wir ein großes Ziel erreicht haben, und die Hoffnung auf große Entdeckungen, die vor uns liegen." (c) EPA (FABRICE COFFRINI)

Befürchtungen, dass durch die Experimente Schwarze Löcher entstehen könnten, wurden vom CERN entschieden zurückgewiesen. (c) AP (Martial Trezzini)

Der europäische Teilchenbeschleuniger LHC ist am 22. Oktober 2008 offiziell eröffnet worden - obwohl er derzeit gar nicht funktioniert. Bei der Feier beim Europäischen Teilchenphysiklabor CERN in Genf fehlten sowohl der französische Präsident Nicolas Sarkozy, der stattdessen Premierminister Francois Fillon schickte, wie auch die deutsche Bundeskanzlerin Angela Merkel. Sie wurde von Forschungsministerin Annette Schavan vertreten. (c) EPA (LAURENT GILLIERON)

Stephen Hawking hat Wette verloren

Finanziell negative Auswirkungen hat die Entdeckung für den britischen Physiker Stephen Hawking. Er habe vor ein paar Jahren mit einem Kollegen in den USA gewettet, dass das Teilchen nie gefunden werde, sagte Hawking am Mittwoch in einem Interview mit dem britischen Sender BBC. "Mir scheint, ich habe gerade 100 Dollar (79,6 Euro) verloren", erklärte der im Rollstuhl sitzende Wissenschafter und Autor des Bestsellers "Eine kurze Geschichte der Zeit", der nur über einen Sprachcomputer kommunizieren kann. Dennoch begrüßte er das "wichtige Ergebnis" und sagte, die Forscher hätten einen Nobelpreis verdient.

(db/APA)