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Johannes-Gutenberg Universität Mainz Immer auf der Suche nach dem Higgs

Physiker aus Mainz wollen den Beweis für das Higgs-Teilchen finden. Im Dezember fanden Forscher bereits erste Hinweise auf die Existenz dieser winzigen Teilchen.

15.02.2012 15:10
Moritz Zimmermann
Volker Büscher ist Professor für Teilchenphysik in Mainz. Foto: Michael Schick

Physiker aus Mainz wollen den Beweis für das Higgs-Teilchen finden. Im Dezember fanden Forscher bereits erste Hinweise auf die Existenz dieser winzigen Teilchen.

Die Physiker-Welt ist begeistert. Am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf konnten erstmals Hinweise auf die Existenz des sogenannten Higgs-Teilchens gefunden werden. Mit an der „sensationellen“ Entdeckung beteiligt ist eine Physikergruppe der Johannes-Gutenberg Universität Mainz. Der 40-jährige Volker Büscher ist hier der Chef.

Winzige Teilchen, kleiner als Atome, kollidieren billionenfach am Teilchenbeschleuniger LHC in Genf. Die ungeheure Datenmenge wird anschließend analysiert, mit dem einen Ziel, endlich den Beweis für die Existenz eines ganz bestimmten Teilchens zu finden. „Das Rätsel ist, wie kriegen diese punktförmigen elementaren Teilchen eine Masse?“, sagt Volker Büscher, Professor für Teilchenphysik in Mainz. Denn dafür soll das Higgs-Teilchen der Annahme nach verantwortlich sein.

Der Theoretiker Peter Higgs sagte 1964 ein winziges Teilchen voraus, das den uns bekannten Elementen im physikalischen Standardmodell ihre Masse zuweist. Dafür treten punktförmige Teilchen in Interaktion mit einem Hintergrundfeld, was seitdem unter dem Namen Higgs-Feld bekannt ist. Seit dieser Annahme versuchen Physiker auf der ganzen Welt das Higgs-Teilchen tatsächlich im Labor nachzuweisen.

Volker Büscher promovierte schon 1998 auf diesem Gebiet, ging anschließend zum damals größten Teilchenbeschleuniger der Welt nach Chicago. Doch seit drei Jahren ist er in Mainz zu Hause – und in der Schweiz. Denn die Mainzer Teilchenphysiker arbeiten mit einer 50 Mann starken Abordnung kräftig mit an einer der Hauptaufgaben des Teilchenbeschleunigers LHC am Genfer Forschungszentrum CERN. Büscher ist also erneut am größten Teilchenbeschleuniger der Welt aktiv. Immer auf der Suche.

Das sogenannte ATLAS-Experiment, an dem Forscher aus der ganzen Welt beteiligt sind, hat den Nachweis des Higgs-Teilchens zu seinem Hauptziel gemacht. Im Dezember des vergangenen Jahres gelang es den Forschern nun tatsächlich, erste Hinweise auf die Existenz des Teilchens, das ungefähr 125-mal so viel wie ein Proton wiegen soll, zu finden.

„Wir wissen sehr genau, wie sich die uns bekannte Materie zusammensetzt“, sagt Büscher, „doch mit der Frage nach dem Ursprung der Masse gehen wir an die Grenze unseres Wissens.“ Denn der tatsächliche Nachweis des Higgs-Teilchens würde zwar die bevorzugte Variante des physikalischen Welt-Modells bestätigen, „doch es wäre erst der Anfang“, sagt Büscher.

Die Frage, ob die Higgs-Idee richtig ist oder nicht, beschäftigt die Forscher seit fast 50 Jahren. „Wir sind sicher, dass wir noch jede Menge nicht verstanden haben“, sagt Büscher, der schätzt, dass das Standardmodell nur etwa fünf Prozent der Materieformen des Universums erkläre. „Dunkle Materie existiert offensichtlich“, sagt der Professor. „Wir haben sie hier auf der Erde nur noch nie direkt beobachten können.“ Deshalb sei der Higgs-Teilchennachweis zwar essenziell, aber doch eben erst der Anfang für viele neue Erkenntnisse.

„Das treibt uns hier an. Wir sind am Anfang des Verständnisses des Universums“, sagt Büscher. „Unser Sonnensystem sitzt in einem Meer von dunkler Materie.“ Irgendwann einmal, vielleicht ab 2014, wenn das LHC noch mehr Energie erzeugen kann, hofft Büscher dabei sein zu können, wenn die unsichtbare dunkle Materie erstmals im Labor produziert wird.

In Mainz arbeiten sie hart für den Erfolg. Die Doktoranden entwickeln ständig neue selbst gebaute Elektronik, die dann in den Detektor in der Schweiz eingebaut wird, um der immensen Datenmasse Herr zu werden. Denn die Erzeugung des Higgs-Teilchens ist ein äußerst seltener Vorgang. Umso mehr Teilchen müssen aufeinander geschossen werden. Und die Anzahl der Kollisionen ist schon jetzt unvorstellbar groß. 40 Millionen Mal in der Sekunde findet eine solche Reaktion am LHC statt.

Bei den jetzt entdeckten ersten Anzeichen für die tatsächliche Existenz des Teilchens könne man sich aber noch nicht sicher sein, warnt der Experte. 2012 wird deshalb weiter gesammelt. „Die dann geholte Datenmenge sollte ausreichen“, sagt Büscher zuversichtlich.

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