Missing Link: Nichts Neues am LHC – Physiker in der Sackgasse?
Der LHC sucht seit 10 Jahren nach neuen Teilchen. Außer dem in den 60er Jahren vorhergesagten Higgs-Boson hat er nichts gefunden. Physiker wissen nicht weiter.
(Bild: © 2015-2018 CERN)
Sie reden von einer Krise, hier in den Grundlagen der Physik. Seit 40 Jahren haben wir keine neuen Naturgesetze mehr gefunden. Der Fortschritt stagniert. Nichts geht. Keiner weiß, was zu tun ist.
Ja, wir haben 2012 das Higgs-Boson gefunden und dafür gab es 2013 einen Nobelpreis. Aber die Theorie zum Higgs-Boson wurde bereits in den 60er Jahren entwickelt. Ja, wir haben bemerkt, dass Teilchen mit Namen Neutrinos eine Masse haben und nicht, wie zuvor angenommen, masselos sind. Auch dazu gab es kürzlich, im Jahre 2015, einen Nobelpreis. Aber die Theorie der Neutrinomassen stammt aus den 50er Jahren. Ja, wir haben Gravitationswellen gefunden, und auch die waren einen Nobelpreis wert, in 2017. Aber die Allgemeine Relativitätstheorie, die das vorhersagte, ist mehr als 100 Jahre alt.
Es ist nicht so, dass es den Physikern an Daten fehlt – es ist nur so, dass die Daten immer nur wieder die bereits bekannten Theorien bestätigen und nichts Neues enthüllen. Das Problem sind nicht die Experimente. Das Problem ist die mangelnde Vorhersagekraft der theoretischen Physiker. Denn die haben viele Vorhersagen gemacht, zum Beispiel für den Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf, und diese Vorhersagen lagen alle daneben.
Wenig Aufregendes am LHC
Der Large Hadron Collider läuft seit September 2008 und ist derzeit der weltgrößte Teilchenbeschleuniger. Genau gesagt beschleunigt er Protonen in einem 27 Kilometer langen Ring nahezu auf Lichtgeschwindigkeit und bringt sie dann zur Kollision an vier verschiedenen Punkten, wo die Physiker dann messen, was passiert. Gerade wurde am LHC die zweite Phase der Messungen beendet. Um weitere Optimierungen an der Maschine vorzunehmen, ist jetzt erst einmal Pause bis 2021. Eine gute Gelegenheit, um Bilanz zu ziehen.
Am LHC wurden außer dem Higgs-Boson auch einige neue, aber nicht elementare, Teilchen gefunden; Teilchen also, die aus schon bekannten, kleineren Teilchen zusammen gesetzt sind. Anhand der besseren Daten haben theoretische Physiker außerdem ihre Modelle für die Struktur von Protonen verbessern können. Auch die Eigenschaften der bekannten Teilchen – etwa deren Masse und Zerfallszeit – haben die Physiker dank des LHC viel besser bestimmen können.
In vielerlei Hinsicht hat der LHC daher die Forschung vorangebracht. Aber theoretischen Physikern zufolge hätte der LHC noch weitere aufregende Entdeckungen machen sollen: Supersymmetrische Teilchen, zum Beispiel, oder zusätzliche Raumdimensionen, oder kleine Schwarze Löcher. Irgendwas Neues halt. Das ist aber nicht geschehen. Mit diesen Vorhersagen lief also etwas gründlich schief.
Die erste Aufrüstung des LHC (8 Bilder)
(Bild: © 2013 CERN)
Reihenweise Fehlschläge
Dass der LHC keine neuen Teilchen gefunden hat, ist nicht die einzige Vorhersage in den Grundlagen der Physik, die nicht eingetroffen ist. Genauso schlecht gelaufen ist es mit der Suche nach den Teilchen, aus denen die Dunkle Materie gemacht sein soll.
Aus Dunkler Materie bestehen angeblich 85 Prozent der gesamten Materie im Universum. Das haben Astrophysiker geschlussfolgert aus vielen Beobachtungen, die darauf hinweisen, dass die Gravitationsanziehung der normalen Materie allein nicht ausreichend ist, um unser Universum zu erklären. Zum Beispiel gibt es nicht genug normale Materie, um galaktische Strukturen so zu bilden, wie wir sie sehen. Normale Materie reicht auch nicht, um zu erklären, wie schnell sich Galaxien in Clustern bewegen. Dazu braucht man zusätzliche Materie, die anders ist als die Materie, mit der wir normalerweise zu tun haben. Dunkel eben.
Aber woraus ist Dunkle Materie gemacht? Ein Teilchen sollte es sein, sagten die Teilchenphysiker. Und danach hat man gesucht, bereits seit den 80er Jahren, mit immer größeren Detektoren. Solche Experimente finden normalerweise tief unter dem Boden statt, in alten Minen – weil man mit dem vielen Gestein störende Signale der kosmischen Hintergrundstrahlung herausfiltern kann. Aber gefunden hat man die Teilchen dennoch nicht.
Genauso gescheitert sind zahlreiche Experimente, die nach einer fünften Kraft suchten.
In den Grundlagen der Physik gibt es derzeit nur vier Kräfte. Das ist neben der Gravitation, die von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie beschrieben wird, die elektromagnetische Kraft und die zwei Kernkräfte (schwach und stark), die vom Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben werden. Nun haben Astrophysiker aber vor 20 Jahren gemerkt, dass das Universum sich nicht nur ausdehnt, sondern dass diese Ausdehnung zudem schneller wird. Für die Allgemeine Relativitätstheorie bedeutet das, das die sogenannte "kosmologische Konstante" nicht null ist.
Um den Wert der kosmologischen Konstante zu erklären, haben theoretische Physiker sich neue Kräfte ausgedacht, die benannten fünften Kräfte. Danach hat man gesucht, – etwa indem zum Beispiel die Gravitationskraft auf kleinen Abständen ganz genau gemessen wurde. Dort gab es aber nur die gute, alte Gravitation zu finden. Also auch diese Theorien zu den fünften Kräften waren alle falsch, zumindest soweit man sie überhaupt testen kann.
