Cern Physiker spekulieren über neues Teilchen jenseits von Higgs

Kollision von Partikeln im Hochenergie-Teilchenbeschleuniger Cern

(Foto: AFP)
  • Physiker am Teilchenbeschleuniger Cern in der Schweiz sind möglicherweise einem neuen Elementarteilchen auf der Spur.
  • In ihren Daten gibt es bei einer Energie von 750 Giga-Elektronenvolt eine Auffälligkeit, die sich bislang nicht erklären lässt.
  • Die Forscher überbieten sich mit möglichen Erklärungen: Mehr als 300 wissenschaftliche Arbeiten sind zu den Messungen erschienen.
Von Marlene Weiß

In der Physik ist das manchmal der Beginn einer großen Sache: Messungen, Gerüchte, mehr Messungen, mehr Gerüchte. Und am Ende steht ein neues Teilchen, mit dem niemand gerechnet hat; ein Teilchen, das die Physik in ein neues Zeitalter bringt, weil es eine neue Theorie verlangt. Das ist schon öfter passiert, warum nicht auch jetzt, da Physiker auf der ganzen Welt über eine zunehmend deutliche Beule in Messkurven des Teilchenbeschleunigers LHC am Cern bei Genf diskutieren. Allerdings ist es oft genug auch anders ausgegangen, und mit weiteren Daten blieb am Ende nur statistisches Rauschen übrig. Wer zuvor am lautesten "Entdeckung!" gerufen hatte, sah hinterher am dümmsten aus.

Darum bleiben die meisten Cern-Forscher vorsichtig. Aber auffällig ist es, wie sich Hinweise verdichten. Bei 750 Giga-Elektronenvolt (GeV), einer Energie, die etwa der 800-fachen Masse eines Protons (des Atomkerns von Wasserstoff) entspricht, wurden in den Trümmern der Teilchenkollisionen am LHC unerwartet viele Photonen-Paare gemessen, Lichtteilchen im Doppelpack. Und zwar von den beiden großen Detektoren, Atlas und CMS.

"Wir haben uns schon oft Hoffnungen gemacht, und dann war es doch nichts"

Im Dezember hatten die Cern-Physiker erste verdächtige Ergebnisse publik gemacht. Vor einigen Tagen präsentierten sie bei einer Tagung in La Thuile in den italienischen Alpen eine gründlichere Analyse, die den Verdacht weiter erhärtet. Falls die Messung Bestand haben sollte, gäbe es nur eine Erklärung dafür: Es gibt mindestens ein Teilchen, das die Physiker nicht auf dem Schirm hatten und bei dessen Zerfall die Photonenpaare entstehen.

"Wir haben uns schon oft Hoffnungen gemacht, und dann war es doch nichts", sagt Lucia Masetti von der Universität Mainz, die am Atlas-Experiment arbeitet. "Aber falls es sich bestätigt, wäre es eine noch größere Sensation als das Higgs." Die gefeierte Entdeckung des Higgs-Teilchens im Jahr 2012 war das letzte Puzzleteil im gängigen Modell der Teilchenphysik. Was immer jetzt noch kommt, führt auf neues Terrain; es wäre Physik jenseits des Standardmodells. Es gibt viele Ideen dafür, wie diese Physik aussehen könnte. Jedes Modell versucht, die Unzulänglichkeiten des Standardmodells zu beheben, das einige Ungereimtheiten aufweist und zum Beispiel für die Schwerkraft keinen Platz hat. Aber welcher Ansatz der richtige ist, können erst Messungen zeigen, und auf diese warten Theoretiker seit Jahrzehnten.

Die 750-GeV-Beobachtungen am Cern haben daher vielen Theoretikern das Weihnachtsfest verdorben: Es gab einen regelrechten Wettlauf, wer als erstes zeigen kann, dass die Messung ganz wunderbar in das jeweilige eigene Modell passt. In den vergangenen Wochen sind fast 300 wissenschaftliche Artikel mit Erklärungsversuchen erschienen. Allerdings erweist sich die Zwei-Photonen-Auffälligkeit bislang als recht sperrig. So richtig passt sie zu keiner Theorie, fast immer sprechen andere Messungen gegen eine mögliche Erklärung. "Das macht es noch spannender", sagt Masetti.

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Noch ist das Rennen ziemlich offen. Möglich wäre ein Teilchen aus dem Katalog der sogenannten Supersymmetrie, die jedem bekannten Teilchen einen Partner aus einem bislang nur theoretisch vermuteten zweiten Partikeluniversum zuordnet. Oder es ist ein schwerer Verwandter des Higgs-Teilchens. Oder es sind mehrere Teilchen, zusammengehalten von noch unbekannten Kräften. Selbst ein fernes Echo zusätzlicher Raumdimensionen, die über die bekannten drei hinausgehen, wäre eine denkbare Erklärung. Gewissheit können nur weitere Daten bringen: Im April nimmt der LHC nach einer Wartungspause die Arbeit wieder auf.