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Seit 50 Jahren sucht die Physik nach dem Higgs-Teilchen. Der ETH-Professor Günther Dissertori und seine Kollegen am Cern kommen ihm immer näher.
BeobachterNatur: Herr Dissertori, existiert das Higgs-Teilchen?
Günther Dissertori: Der Beweis wurde nie erbracht. Am Cern in Genf sind wir ihm aber möglicherweise auf der Spur. Eine sehr spannende Phase.
BeobachterNatur: Was wäre sensationeller: das Higgs-Teilchen zu finden oder seine Nichtexistenz beweisen zu können?
Dissertori: Wissenschaftlich betrachtet wären die Befunde gleichwertig.
BeobachterNatur: Sie sprechen vom Higgs-Feld, nicht vom Teilchen.
Dissertori: Das Higgs-Teilchen ist eine Manifestation eines Feldes. Vermutlich existiert dieses Higgs-Feld, und manchmal tritt ein Teilchen aus ihm heraus. Wenn ich genug Energie mit anderen Teilchen ins Feld hineinstecke, kann ich für eine extrem kurze Zeitspanne ein Higgs-Teilchen herausschlagen, dann zerfällt es.
BeobachterNatur: Hat das Higgs selbst eine Masse?
Dissertori: Ja, es hat eine Masse. Und hier liegt das Problem: Die Theorie kann Entstehung und Zerfall eines Higgs-Teilchens voraussagen, nicht aber seine Masse. Deshalb müssen wir mit dem Beschleuniger verschiedene Massebereiche abtasten.
BeobachterNatur: Warum wird das Higgs «Gottesteilchen» genannt?
Dissertori: Mit Gott hat das überhaupt nichts zu tun. Der Physiker und Nobelpreisträger Leon Lederman sprach, weil sich das Higgs-Teilchen so schwer nachweisen lässt, von «this goddam particle», also von «diesem gottverdammten Teilchen». Daraus haben die Medien das «Gottesteilchen» gemacht. Ich halte diese Bezeichnung für unglücklich gewählt. Sie verleiht dem Teilchen eine zu grosse Wichtigkeit.
BeobachterNatur: Für den Nachweis des Higgs wurde im Cern der ringförmige Beschleuniger LHC gebaut, in dem Protonen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. In Detektoren wie dem CMS, an dem Sie arbeiten, prallen sie aufeinander und zerfallen. Wie suchen Sie genau nach dem Higgs-Teilchen?
Dissertori: Der CMS-Detektor ist eine Maschine von 22 Metern Länge und 15 Metern Höhe. Er funktioniert wie eine gigantische Digitalkamera mit 100 Millionen Pixeln, den Aufzeichnungskanälen. Im Zentrum der Anlage stossen die beschleunigten Protonen aufeinander und zerfallen. Dabei werden neue Teilchen generiert, die in alle Richtungen davonfliegen. Ein Higgs-Teilchen zerfällt aber so schnell, dass man davon nur Zerfallsprodukte nachweisen kann. Der Detektor registriert 40 Millionen Aufnahmen pro Sekunde und zeichnet die Teilchenbahnen auf. So erhalten wir ein digitales Bild der Kollisionen und wählen in einer ersten Grobanalyse diejenigen Zerfälle aus, die auf einen Higgs-Zerfall hinweisen. So erhalten wir etwa 400 Bilder pro Sekunde, die wir in Ruhe analysieren.
BeobachterNatur: Sie suchen die Nadel im Heuhaufen.
Dissertori: Es ist noch schwieriger: Die Zerfälle des Higgs-Teilchens sehen teilweise sehr ähnlich aus wie Standardzerfälle bekannter Teilchen. Ich suche also nicht nur nach der Nadel im Heuhaufen – die Nadel sieht aus wie Heu. Ich muss den ganzen Haufen nach winzigsten Unterschieden in Halmen absuchen. Für den Nachweis muss ich eine statistisch signifikante Zahl dieser Halme herausholen.
BeobachterNatur: Falls das Higgs-Teilchen gefunden wird: Wer erhält dafür den Nobelpreis?
Dissertori: Meiner Meinung nach müsste man den Nobelpreis Peter Higgs und den anderen Physikern geben, die Mitte der sechziger Jahre die Theorie zeitgleich entwickelt haben. Damit würden drei Theoretiker geehrt. Zur Diskussion steht auch die Institution Cern, wo Tausende von Physikern an der Higgs-Suche beteiligt sind. Mich persönlich interessiert diese Nobelpreisdiskussion eigentlich nicht, sondern nur die Forschung.
BeobachterNatur: Das Higgs ist elementarer Bestandteil des Standardmodells, der grossen Theorie, die alle Kräfte und Teilchen umfasst. Fällt das Modell ohne Higgs-Partikel in sich zusammen?
Dissertori: Nein, aber man müsste eine Antwort finden auf die Frage, welcher Mechanismus in der Natur dafür sorgt, dass Licht masselos bleibt, während andere Teilchen viel Masse haben. Dieses als Symmetriebrechung bezeichnete Phänomen ist eine fundamentale Beobachtung, denn eigentlich müssten sich alle Teilchen gleich verhalten. Die Higgs-Theorie ist die bis jetzt einfachste Erklärung. Aber es gibt auch andere Erklärungsversuche. Die meisten Teilchenphysiker wären sogar glücklich, wenn sie das Standardmodell erweitern könnten.
BeobachterNatur: Werden die Physiker irgendwann sagen können: «Jetzt verstehen wir alles»?
Dissertori: Das kann ich mir nicht vorstellen. Im Moment läuft der LHC-Beschleuniger auf etwa der Hälfte seiner Leistung. 2014 und 2015 drehen wir voll auf. Das eröffnet neue Möglichkeiten für den Nachweis bisher unbekannter Teilchen. Und wenn wir in einigen Jahren an die Leistungsgrenzen des LHC kommen, könnte es sein, dass eine neue Maschine benötigt wird, mit der sich vermutlich neue Teilchen finden liessen.
BeobachterNatur: Die Schweiz zahlte letztes Jahr 43 Millionen Franken ans Milliardenbudget des Cern. Was bekommt die Gesellschaft für das Geld?
Dissertori: Die Schweiz profitiert deutlich: Es fliesst mehr Geld in die Volkswirtschaft zurück, als der Bund in die Forschung steckt.
BeobachterNatur: Was heisst das konkret?
Dissertori: An der Konstruktion, am Bau und am Unterhalt der Anlagen sind viele Schweizer Firmen beteiligt. Auch die Stadt Genf profitiert vom Cern und seinen Tausenden von Wissenschaftlern.
BeobachterNatur: Das ist der wirtschaftliche Aspekt. Aber worin liegt der Nutzen?
Dissertori: Wir wollen verstehen, was die Welt im Innersten zusammenhält. Solche Grundlagenforschung hat a priori keinen praktischen Nutzen, sondern einen kulturellen Wert. Daraus haben sich aber oft neue, überraschende Anwendungen ergeben, etwa in der Medizin. Ein weiteres Paradebeispiel ist das World Wide Web. Es wurde 1991 von Tim Berners-Lee am Cern entwickelt, damit die Forscher ihre Daten rasch austauschen konnten.
BeobachterNatur: Viele Laien halten Teilchenphysiker für weltfremd. Fühlen Sie sich unverstanden?
Dissertori: Nein. Ich halte oft Vorträge für das breite Publikum, etwa an Schulen. Da stelle ich Begeisterung fest für unsere Arbeit. Wir gehen Fragen nach, die die Leute interessieren: Wie ist die Materie aufgebaut? Wie funktioniert das Universum?
BeobachterNatur: Gibt es in Ihrem Weltbild Platz für Gott?
Dissertori: Man muss die wissenschaftliche von der philosophischen Haltung trennen. Als Wissenschaftler beschäftige ich mich mit Theorien und Experimenten. Da reichen Behauptungen nicht aus. Eine Aussage muss bewiesen werden. Da gibt es keinen Gott. Ich respektiere die Grundregeln der christlichen Ethik, aber die metaphysische Figur darüber brauche ich nicht.
BeobachterNatur: Wie es zum Urknall kam, entzieht sich einer naturwissenschaftlichen Analyse.
Dissertori: Im Moment muss offen bleiben, wie es zum Urknall kam, aber das könnte sich ja irgendwann ändern. Was unmittelbar nach dem Urknall kommt, ist der Physik zugänglich und faszinierend genug.
BeobachterNatur: Hat Ihre Forschung Ihr Weltbild verändert?
Dissertori: Meine Arbeit vermittelt mir ein Gefühl der Bescheidenheit gegenüber der Grossartigkeit der Natur und dem Universum. Wenn man sich mit dem unendlichen Universum und den kleinsten Teilchen beschäftigt, kommt man zum Schluss, dass wir Menschen eigentlich eine unbedeutende Grösse sind. Gleichzeitig ist es faszinierend, dass das Universum eine Art hervorgebracht hat, die fähig ist, die Entstehung der Welt zu erforschen.