You only love your collider

In einem Monat, am 10. Septmeber 2008, soll der Large Handron Collider am Europäischen Kernforschungszentrum CERN eingestöpselt werden und uns Antworten auf fundamentale Fragen über unser Universum liefern.

Seit Anbeginn der Zeit versucht der Mensch zu ergründen, wie die Welt um uns herum aufgebaut ist und was das Universum im Innersten zusammenhält. Schon im antiken Griechenland wurde von Demokrit die Theorie von kleinsten, unteilbaren Bausteinen aufgestellt, aus denen alle Dinge aufgebaut sind: Den Atomen.

Bis die Existenz der Atome tatsächlich experimentell nachgewiesen werden konnte, sollten allerdings noch gut 2500 Jahre vergehen. Parallel dazu wurde entdeckt, dass die Atome nun eben doch keine unteilbaren Einheiten sind, sondern aus Elektronen in der Atomhülle und aus Neutronen und Protonen im Kern besteht.

Im Folgenden wurde noch eine ganze Reihe anderer Teilchen in der kosmischen Strahlung und anderswo nachgewiesen, die zum so genannten "Standardmodell der Elementarteilchenphysik" zusammengefügt wurden. Mit diesem Standardmodell lassen sich alle teilchenphysikalischen Experimente sehr gut vorhersagen und beschreiben. Es hat allerdings noch einen kleinen und einen etwas größeren Haken.

Fangen wir mit dem kleinen Haken an: Dem h.

Das Standardmodell sagt die Existenz des Higgs-Teilchens voraus, das notwendig ist, um bestimmte Effekte zufriedenstellend zu erklären. Dieses Teilchen konnte allerdings noch nicht beobachtet worden, so dass dessen Existenz bis heute nicht gesichert ist. Existiert es tatsächlich nicht, muss das eigentlich recht praktische Modell verworfen und durch ein neues ersetzt werden, dass die Welt eben ohne die Zuhilfenahme des Higgs-Teilchens zu erklären vermag.

Eines der Experimente am LHC dient also der Suche nach diesem Higgs-Teilchen. Da es nach der Theorie eine Masse von 117 bis 153 GeV (Proton ca. 1 GeV) besitzt, setzt die Suche einen dementsprechend leistungsstarken Teilchenbeschleuniger voraus: Den am CERN installierten Large Handron Collider.

Der Ringbeschleuniger mit einer Umlaufbahn von ca. 27 km lässt wahlweise Protonen oder Bleiionen mit einer Geschwindigkeit verdammt knapp unter der Lichtgeschwindigkeit kollidieren (hohe Masse und hohe Geschwindigkeit: sehr hohe Energie) und erlaubt durch ausgefeilte Detektoren die Suche nach zum Teil äußerst kurzlebigen Zerfallsprodukten, wie z.B. dem Higgs-Teilchen.

Der große Haken

Einer der große Haken am Standardmodell ist, dass eine ganze Reihe von Parametern -- wie z.B. die Masse des Elektrons und dergleichen -- experimentell bestimmt werden müssen und unklar ist, warum das überhaupt so alles zusammenspielt. Schon kleinste Änderungen an diesen Parametern führen dazu, dass die Welt wie wir sie kennen, gar nicht mehr existieren kann, weil beispielsweise die Elektronen nicht mehr stabil um den Kern kreisen würden.

Einer der möglichen Erklärungsansätze ist die Superstring-Theory, die besagt, dass die Elementarteilchen selbst wiederum aus so genannten Strings bestehen. Kleine, gerne mit Saiten verglichene, in bestimmten Frequenzen und Harmonien wabernde Objekte.

Ein bisschen unschön ist wohl die Tatsache, dass die bisher aufgestellten Vermutungen zur Superstring-Theory eine Welt voraussetzen, die nicht aus einer Zeit- und drei Raumdimension besteht, sondern gleich 10 Raumdimensionen verlagt.

So unhandlich das auf den ersten Blick scheinen mag, darf dies nicht über die Vorteile dieser Theorie hinwegtäuschen. Sollte sich die Vermutungen durch die Experimente am LHC bestätigen lassen, hätte die Menschheit das erste mal in ihrer Geschichte die Chance zu verstehen, wie und warum bestimmte Elementarteilchen miteinander interagieren und die Werte der vorhin genannten Parameter nicht mehr experimentell bestimmen zu müssen, sondern sie direkt aus den Gleichungen der Superstring-Theory ausrechnen zu können.

Das erste mal in ihrer Geschichte hat die Menschheit die Chance, alle vier Kräfte ein einem einheitlichen und konsistenten Modell zusammenzuführen. Wenn das mal nicht Spannend ist.

Zur weiteren Vertiefung seien Euch noch zwei eindrucksvolle Videos ans Herz gelegt, die sich einmal Schwerpunktmäßig mit der Suche nach dem Higgs-Teilchen und einmal mit der Superstring Theory befassen.

P.S.: Der Titel bezieht sich auf "Collider" der "Les Horribles Cernettes", einer Musikgruppe am CERN.