Die Entdeckung des Higgs-Teilchens: Oder wie das Universum seine Masse bekam (German Edition)

der Theorie der Supersymmetrie, genannt SUSY. Sie sagt voraus, dass es zu jedem bekannten Teilchen des Standardmodells einen supersymmetrischen Partner gibt. Wenn solche Teilchen wirklich existieren, müssten sie laut Theorie sehr schwer sein. Das Projekt am LHC sollte es ermöglichen, zumindest die leichtesten unter ihnen zu finden.
    Theorien wie die Stringtheorie sagen vorher, dass es zusätzlich zu den drei bekannten noch mehr Raumdimensionen geben müsse. Die sind allerdings so klein, dass man sie nicht wahrnehmen kann. Am LHC werden Energien erreicht, die es ermöglichen sollten, in diese versteckten Extradimensionen vorzudringen und deren Existenz nachzuweisen.
    Des Weiteren soll geklärt werden, warum unser Weltall aus Materie besteht. Da laut der Urknalltheorie zu Beginn des Universums nur Energie vorhanden gewesen ist, müssten Materie und Antimaterie zu genau gleichen Teilen entstanden sein. Bisher wurde allerdings nur Materie in unserem Universum beobachtet. Der LHC soll herausfinden, wo die ganze Antimaterie hin ist.
    Als Letztes soll uns der LHC einen Blick zurück zu den Anfängen des Universums gewähren. Wenn schwere Bleiionen statt Protonen beschleunigt und zur Kollision gebracht werden, können Temperaturen und Energiedichten erreicht werden, wie sie etwa eine Billionstelsekunde nach dem Urknall geherrscht haben. In diesem Zustand war das Universum so heiß, dass Hadronen, also Protonen und Neutronen, noch nicht stabil, sondern quasi geschmolzen waren. Das gesamte Weltall war zu dieser Zeit mit einer Suppe aus Quarks und anderen Elementarteilchen gefüllt, dem sogenannten Quark-Gluon-Plasma. Genau dieser Punkt soll rekonstruiert werden, um neue Erkenntnisse über jenen Materiezustand zu gewinnen.
    Mit menschlichem Auge ist es nicht möglich, die Kollisionen und was dabei passiert wahrzunehmen. Es müssen also künstliche Augen her. Im LHC wurden sechs verschiedene solcher »Augen« eingebaut, die bei jedem Zusammenstoß genau beobachten, messen und aufzeichnen, was geschieht.
    Der größte Detektor und gleichzeitig der größte Apparat, der jemals in einem Teilchenbeschleuniger verbaut wurde, ist der zylinderförmige ATLAS ( A T oroidal L HC A pparatu S – Toroidaler LHC-Apparat). Mit einer Länge von 44 Metern und einem Durchmesser von 22 Metern bringt er es auf ein Gewicht von 7000 Tonnen. Mit seiner Hilfe soll nach dem Higgs-Boson, supersymmetrischen Teilchen und versteckten Extradimensionen gesucht werden. Damit deckt er fast das gesamte physikalische Spektrum ab.
    Der andere Alleskönner am LHC trägt das Kürzel CMS ( C ompact M uon S olenoid – Kompakte Myonen-Magnetspule). Er verfolgt im Grunde dieselben Ziele wie ATLAS – jedoch mit einer anderen Technologie. Damit können die Ergebnisse des anderen Detektors überprüft und bestätigt werden. Dass CMS sich deutlich von ATLAS unterscheidet, erkennt man bereits am Aufbau. Mit 21 Meter Länge, 18 Meter Breite, 15 Meter Höhe und einem Gewicht von 12500 Tonnen ist er kleiner als ATLAS, jedoch fast doppelt so schwer.
    Auch ein weibliches Pendant gibt es – in Frankreich. Genauer gesagt in St.-Genis-Pouilly, mit Namen ALICE ( A L arge I on C ollider E xperiment). Es soll den Urknall im Labor untersuchen. Bleiionen werden mit so gewaltigen Energien aufeinandergeschossen, dass die Protonen und Neutronen zerfetzt werden. Dabei entsteht ein Quark-Gluon-Plasma. Die Physiker wollen beobachten, was passiert, wenn sich diese Suppe ausdehnt, abkühlt und dann nach und nach wieder Teilchen entstehen. Denn genau so soll es sich auch kurz nach dem Urknall abgespielt haben. Damit sind weltweit über 1200 Wissenschaftler beschäftigt.
    Das Geheimnis, warum unser Universum aus Materie und nicht aus Antimaterie besteht, soll mithilfe eines anderen Detektors gelüftet werden. B-Teilchen sind dafür am besten geeignet. Das sind Partikel, die ein Bottom-Quark enthalten. Obwohl im heutigen Universum keine mehr vorhanden sind, waren sie unmittelbar nach dem Urknall recht häufig. Die Zerfälle der B- und ihrer Antiteilchen sollen darüber Aufschluss geben, warum die Natur die Materie der Antimaterie vorzieht. Da Bottom-Quarks oft auch als Beauty-Quarks bezeichnet werden, heißt der Detektor LHCb ( L arge H adron C ollider b eauty).
    In der Nähe des Kollisionspunkts des CMS stehen an vier Positionen jeweils zwei von acht »Römertöpfen«. Dabei handelt es sich um spezielle Vakuumkammern, die zum TOTEM-Experiment ( Tot al E lastic and Diffractive Cross Section M