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Teilchenphysik : Im Niemandsland zwischen Suchen und Finden

Blick in den Schlund des LHC-Dektors, hier noch im Aufbau begriffen. Bild: Cern

Noch immer ist am Forschungszentrum Cern in Genf keine neue Physik in Sicht. Die Protonen kollidieren im Large Hadron Collider mit immer höherer Energie, doch jetzt hat sich nach dem Higgs-Teilchen auch die Supersymmetrie dem Nachweis entzogen.

          5 Min.

          Die Natur scheint den Physikern des europäischen Forschungszentrums Cern bei Genf derzeit einen Streich spielen zu wollen. Obwohl der neue Teilchenbeschleuniger, der "Large Hadron Collider" (LHC) und die vier Detektoren weitaus besser laufen als erhofft, und man bereits mehr Daten gewinnen konnte, als man für das ganze Jahr erwartet hatte, ist die Ausbeute an neuen Phänomenen bislang eher dürftig. So konnte man zwar alle bekannten Elementarteilchen in kurzer Zeit nachweisen, das ominöse Higgs-Teilchen aber, das seit vierzig Jahren auf der Fahndungsliste steht, hat sich im 27 Kilometer langen Beschleuniger noch immer nicht blicken lassen (siehe F.A.Z. vom 24. August). Bis Ende dieses Jahres, so die Hoffnung am Cern, will man genug Daten gesammelt haben, um die Frage nach dem Sein oder Nichtsein des Higgs-Teilchen definitiv beantworten zu können.Zerschlagen haben sich nun wohl auch die Hoffnungen, man könnte auf die Schnelle der leichtesten sogenannten supersymmetrischen Teilchen habhaft werden und damit die Theorie der Supersymmetrie ("Susy") bestätigen, die viele der noch ungeklärten Rätsel der Teilchenphysik mit einem Schlag erklären könnte.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Weltmodell mit Lücken

          Nachdem man vor einigen Monaten keine Spuren von Susy-Teilchen in den beiden Detektoren CMS und Altas gefunden hatte, haben nun auch Forscher des LHCb-Experiments Fehlanzeige signalisieren müssen. Wie kürzlich auf einer Tagung in Bombay berichtetet wurde, sind alle bisherigen Befunde im Einklang mit dem altbewährten, aber teilweise doch lückenhaften Standardmodell der Elementarteilchenphysik.

          Ein Feuerwerk an  Fragmenten im Detektor
          Ein Feuerwerk an Fragmenten im Detektor : Bild: Cern

          Dass das gängige Theoriegebäude der Teilchenphysik nicht der Wahrheit letzter Schluss ist, mutmaßt man schon seit langem. Tatsächlich war man in der Vergangenheit bei Präzisionsexperimenten auf Abweichungen zwischen dem experimentellen und theoretischen Werten gestoßen, die mit den Gesetzmäßigkeiten des Standardmodells nicht erklärt werden können, wohl aber unter Annahme, dass supersymmetrische Teilchen existieren. Doch waren statistische Fluktuationen nicht ganz auszuschließen, so dass man alle Hoffnungen auf den LHC gesetzt hat.

          Rettung durch Supersymmetrie

          Für viele Physiker wäre der eindeutige Nachweis supersymmetrischer Teilchen oder supersymmetrischer Effekte mit dem LHC - nach der Entdeckung des Higgs-Bosons - der größte Wurf in der Teilchenphysik. Das vor rund vierzig Jahren entwickelte Theoriegerüst von Susy baut zwar auf das Standardmodell auf, es erweitert aber das in der Teilchenphysik so erfolgreich angewandte Symmetrieprinzip um einen entscheidenden Aspekt: Es stellt eine Verbindung zwischen den bekannten Bausteinen der Materie - den Leptonen und Quarks - und den zwischen ihnen wirkenden Kräften her.

          Um das bewerkstelligen zu können, wird gefordert, dass für jedes Elementarteilchen ein supersymmetrischer Partner existiert, der allerdings so massereich ist, dass er sich unter normalen Bedingungen nicht zeigt, aber bei Kollisionsexperimenten erzeugt werden kann - vorausgesetzt, die Energie ist hoch genug. So wird dem Elektron beispielsweise das Selektron, den Quarks die Squarks und dem Neutrino das Sneutrino zugeordnet. Auch die Teilchen, die die Kräfte vermitteln, erhalten jeweils ein supersymmetrisches Pendant: So heißt der schwere Partner des Photons - das Lichtquant vermittelt die elektromagnetische Kraft - Photino.

          Kräffe unter einem Hut

          Trotz des Wirrwarrs an zusätzlichen Teilchen, hat die Supersymmetrie einen entscheidenden Vorteil: Anders als das Standardmodell können, abgesehen von der Gravitation, die elektromagnetische sowie die schwache und die starke Kraft auf eine gemeinsame Wechselwirkung zurückgeführt werden. Damit wäre ein großer Schritt in Richtung der „Großen Vereinheitlichung“ getan - einer Theorie, die alle vier Kräfte mit einer einzigen Wechselwirkung beschreibt und alle physikalischen Phänomene schlüssig beschreibt.

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