Astroteilchenphysik

Wie das CERN den Urknall simuliert

In den letzten Tagen und Wochen hat das CERN wiederholt für Schlagzeilen gesorgt: Zuerst waren es Meldungen über angeblich überlichtschnelle Neutrinos, danach Pressemitteilungen über die Suche nach dem letzten wichtigen Puzzlestück im Standardmodell der Elementarteilchenphysik: Dem Higgs-Boson. Um das Universum zu verstehen, versucht das CERN die Zustände des Urknalls zu rekonstruieren. Grund genug, uns die Arbeitsweise dieses Teilchenbeschleunigers mal etwas genauer anzuschauen.
Spuren von Teilchen nach einer Kollision.

Spuren von Teilchen nach einer Kollision.

Um die Welt im Großen zu verstehen, versucht man sie im Allerkleinsten zu simulieren. Genauer gesagt: Mit Hilfe großer Beschleunigeranlagen sollen durch Teilchenkollisionen Temperaturen und Energiedichten erzeugt werden, wie sie kurz nach dem Urknall geherrscht haben müssen. In der Tat kommt man diesen Zuständen mit dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN recht nahe. Der LHC besteht aus einem 27 Kilometer langen Ringtunnel, in dem Protonen oder Bleikerne mit Hilfe von geschickt geschalteten Magneten auf knapp Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann kollidiert werden. Aus den dabei auftretenden Energien können sich laut Einsteins berühmter Formel E=mc² neue Teilchen bilden, zum Beispiel das Higgs-Boson. Der Nachweis dieses noch fehlenden Puzzlestücks in der Welt der Teilchen würde eine Theorie des schottischen Physikers Peter Ware Higgs stützen, die allgemein beschreibt, wie Teilchen zu ihrer Masse kommen. Ein sicherer Nachweis fehlt bis heute, jedoch erklärten die CERN-Physiker auf einer Pressekonferenz am 13. Dezember 2011, dass die Suche bald ein Ende haben könnte: Der Massebereich, in dem das Higgs-Boson vermutet wird, konnte stark eingeschränkt werden. Im März 2012 sollen dann endgültig die zum Nachweis erforderlichen Daten vorliegen.

Dunkle Materie auf der Erde

Das CERN ist nur eine von vielen Forschungseinrichtungen, die die Welt im subatomaren Bereich untersuchen um daraus Rückschlüsse über die grundlegenden Eigenschaften des Universums zu erhalten. Die Astroteilchenphysik verbindet diese beiden Extreme ebenfalls: Beispielsweise werden an der Universität in Tübingen Detektoren für Dunkle Materie Teilchen gebaut und getestet. Diese Geräte sollen dann im Betrieb der Frage nachgehen, ob unsere Erde tatsächlich von dieser seltsamen dunklen Materieform heimgesucht wird. Daraus könnten wir wertvolle Informationen über den Aufbau von Galaxien und des ganzen Universums gewinnen, denn der größte Teil der Materie ist bis heute unbekannt. Auf der Suche nach der Dunklen Materie stoßen wir auf ein sehr unangenehmes Problem: Dieser ominöse Stoff macht sich nicht über die elektromagnetische Wechselwirkung bemerkbar. Dadurch sendet er kein Licht aus, was den Nachweis so schwierig macht. Lediglich über die Gravitation und die sogenannte Schwache Wechselwirkung könnte das Geheimnis der Dunklen Materie gelüftet werden. Forscher vermuten, dass der LHC am CERN Bedingungen für das Erzeugen solcher Dunkle Materie Teilchen erzeugen kann. Daher könnte es gut möglich sein, in Kürze wieder neue Schlagzeilen dieser Forschungseinrichtung zu lesen.

Autor: M. Gänsler
Bildquelle: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1c/CMS_Higgs-event.jpg

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