Kernphysik Eine Sensation in spe

Ungewöhnliche Daten des Teilchenbeschleunigers Tevatron am amerikanischen Fermilab sorgen für Aufsehen unter Kernphysikern: Sind es Hinweise auf eine bislang unbekannte Naturkraft?

Von Markus C. Schulte von Drach

In der Gemeinde der Wissenschaftler ist es üblich, Beobachtungen, Entdeckungen und die möglichen Schlussfolgerungen daraus von anderen Experten prüfen zu lassen, bevor man sie veröffentlicht. Erst wenn die kritischen Kollegen bestätigen, dass die angewandten Methoden in Ordnung sind und die Diskussion der Ergebnisse mehr ist als wilde Spekulation, werden die Arbeiten in seriösen Fachzeitschriften veröffentlicht. Und je weitgehender die aufgestellten Behauptungen, desto genauer die Prüfung.

Was die Beobachtung ungewöhnlicher Werte bei Versuchen mit dem Fermilab-Teilchenbeschleuniger Tevatron bei Chicago ausgelöst hat, ist deshalb überraschend.

Seit mehr als einem Jahr versuchen die Forscher eine kleine Abweichung, eine "Beule" in Messkurven ihrer Experimente - zu verstehen. Bislang erfolglos. Nun haben sie ihre Ergebnisse im Internet veröffentlicht, damit andere Experten sie diskutieren können.

Das Dokument hat äußerst zwiespältige Reaktionen hervorgerufen. "Eine Entdeckung am Tevatron! - Vielleicht", titelte etwa der Collider Blog stellvertretend für die Einschätzung der meisten Experten.

Die Forscher des Fermilab haben inzwischen einen Artikel zu den sogenannten CDF-Experimenten (Collider Detector at Fermilab) beim Fachjournal Physical Review Letters eingereicht. Sie halten es für möglich, dass es sich um Spuren einer neuen, unerwarteten Version des lange gesuchten sogenannten Higgs-Bosons handelt, ein bislang nur hypothetisches Elementarteilchen. Es könnte sich aber auch um einen Hinweis auf eine fünfte, bislang unbekannte Grundkraft der Physik handeln, die im Atomkern wirkt. Beides wäre eine Sensation. Gegenwärtig kennen Physiker die vier Kräfte Schwerkraft (Gravitation), elektromagnetische Kraft sowie schwache und starke Kernkraft.

Wie die CDF-Forscherin Viviana Cavaliere von der University of Illinois at Urbana-Champaign bei der Vorstellung der Ergebnisse erklärte, müsse man begreifen, ob man es tatsächlich mit einer neuen Physik zu tun habe, oder einfach mit Fehlern im Modell. Sollte Letzteres der Fall sein, so müsse man versuchen zu begreifen, wieso sich die Beobachtung nicht auf der Basis der bekannten Theorien erklären lässt.

"Niemand weiß, was es ist", sagte Christopher Hill vom Fermilab der New York Times. Hill, der an dem Experiment nicht beteiligt war, zeigte sich begeistert: "Wenn das real ist, dann wäre das die bedeutendste Entdeckung in der Physik seit einem halben Jahrhundert."

"Wenn" - das ist der wiederkehrende Einwand der Experten. "Die Ergebnisse sind sicher spannend", erklärte etwa Nigel Lockyer von Kanadas Teilchenbeschleuniger Triumf in Vancouver der Nachrichtenagentur AFP. Aber "es ist zu früh, um sicher sagen zu können, was das Fermilab-Team beobachtet hat", schränkt er ein. Es gebe zwar deutliche Hinweise auf etwas, das bislang nicht erklärt sei. Andererseits gebe es eine lange Liste von möglichen Erklärungen für das Phänomen. Ähnlich reagierten der New York Times zufolge Neal Weiner von der New York University und Lisa Randal von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts. "Wenn es sich bestätigt, ist es wirklich groß", kommentierte Weiner. "Es ist definitiv interessant - wenn es stimmt", so Randall.

Selbst Giovanni Punzi, Sprecher des Fermilab-Teams, auf dessen Arbeit die Beobachtung beruht, ist zwar "äußerst aufgeregt", wie er der US-Zeitung berichtet. Zugleich aber seien er und seine Kollegen auch vorsichtig, "denn dies wäre so bedeutend, dass es uns fast Angst macht - deshalb denken wir über andere Erklärungen nach".

Andere Forscher empfehlen, nun auf die Analyse neuerer CDF-Experimente zu warten, sowie auf die Auswertung von Daten eines zweiten Detektors des Tevatrons, dem DZero (D0). "Wir erwarten, dass wir in dieser Sache innerhalb einiger Wochen Klarheit haben", kündigte Dmitri Denisov vom Fermilab im Fachmagazin Scientific American an.

Auch Experimente am Large Hadron Collider (LHC) des Cern bei Genf könnten weitere Hinweise geben. Dort werden, wie am Tevatron, Protonen mit anderen Teilchen mit hoher Geschwindigkeit aufeinander geschossen. Bei der Kollision treten neue Teilchen auf. So wurde mit dem Tevatron etwa die Existenz von sogenannten Top-Quarks bestätigt.

Besondere Bedeutung kommen den Versuchen am LHC deshalb zu, weil das Tevatron im September abgeschaltet werden soll - aus finanziellen Gründen. Wie Joe Lykken vom Fermilab der New York Times erklärte, würde das Team von Punzi bis Ende des Jahres genügend Daten haben, um festzustellen, ob es sich tatsächlich um eine ganz große Entdeckung handelt. "Gerade dann, wenn das Tevatron - und vielleicht das Fermilab selbst - geschlossen wird, um Geld zu sparen."

Die Beobachtung - so sie denn tatsächlich eine Sensation ist - wäre ein eindrucksvoller Abschluss der Arbeiten dort. Vielleicht stehen die Wissenschaftler deshalb unter Zeitdruck - was die frühe Veröffentlichung der Daten erklären könnte. Auf der anderen Seite liegt natürlich die Frage nahe, ob hier Ergebnisse aufgebauscht werden als ein letzter Versuch, das Tevatron zu retten.