Mächtigste Forschungsmaschine der Welt: Auf Crash-Kurs

Suchen in der Stille. Die Elite der internationalen Teilchenphysiker hat sich in diesen Tagen in das Benediktinerkloster Maria Laach zurückgezogen. Hier am Laacher See und zwischen den erloschenen Vulkankratern der Eifel diskutieren sie mit jungen Forschern über die Geheimnisse des Universums. Über ihnen schwebt das Gebet der Mönche: "Damit in allem Gott verherrlicht werde."

Bereits zum 40. Mal findet die Herbstschule für Hochenergiephysik hinter den mittelalterlichen Mauern statt. "Alle guten Teilchenphysiker laufen durch diese Kaderschmiede", sagt Professor Siegfried Bethke, Direktor am Max-Planck-Institut für Physik in München. Doch nicht nur in Maria Laach, weltweit wenden sich ab Mittwoch die Blicke der Physiker nach Genf.

Dort will das Europäische Teilchenforschungszentrum Cern die mächtigste Forschungsmaschine der Welt in Betrieb nehmen, den Large Hadron Collider. In diesem 27 Kilometer langen Ringtunnel sollen die Kerne von Wasserstoffatomen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit in zwei Röhren gegeneinander fliegen.

In vier Detektoren werden die Teilchen - sogenannte Protonen - mit solcher Wucht zum Zusammenstoß geführt, dass Zustände wie kurz nach dem Urknall des Universums entstehen. Aus diesem Energieblitz kondensieren dann wieder Teilchen aus, die die Detektoren messen können.

Der gewaltigste jemals gebaute Detektor heißt Atlas. Er ist 46 Meter lang und 25 Meter hoch, hat also die Ausmaße eines fünfstöckigen Hauses. "Die ersten Ideen für Atlas stammen aus den 80er Jahren. Jetzt haben wir zehn Jahre intensiv gebaut, seit 1995 ist das Projekt finanziert worden", berichtet Bethke, der den Detektor wesentlich mitgestaltet hat.

Atlas ist etwas anders aufgebaut als der zweite Riesendetektor CMS (Compact Muon Solenoid). "Die Idee dahinter ist, dass wir durch die beiden Detektoren uns wechselseitig die Ergebnisse bestätigen können", erläutert Bethke. Dadurch werde verhindert, dass man möglicherweise der Fehlmessung einer Gruppe aufsitze.

Mit dem Teilchenbeschleuniger LHC stoßen die Physiker in absolutes Neuland vor. "Der 10. September wird ein bemerkenswerter Tag", sagt denn auch Cern-Generaldirektor Professor Robert Aymar. "Es ist der Beginn einer neuen Ära in der Physik."

Wichtigste offene Frage ist, wodurch Teilchen überhaupt ihre Masse erhalten. Dazu hat zwar der britische Physiker Peter Higgs bereits vor 44 Jahren eine Theorie vorgelegt. Mit diesem mysteriösen Higgs-Teilchen rechnen die Physiker auch seitdem - aber es gibt bislang keinen experimentellen Nachweis für das "Teilchen Gottes", wie es getauft worden ist.

Ein weiteres Rätsel ist die Dunkle Materie, aus der das Weltall zum größten Teil besteht. Deren Wirkung ist zwar indirekt zu beobachten, aber kein Physiker hat bislang eine Idee, aus was dieser geheimnisvolle Stoff bestehen könnte. Ungeklärt sind auch die feinen Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie, die es zu Beginn des Universums zu gleichen Teilen gegeben haben muss. Aber die Antimaterie ist verschwunden, Das Universum enthält nur noch Materie wie die in unserem Sonnensystem.

Das alles sind die erwartbaren Ergebnisse am neuen LHC. Jedes für sich wäre eine Sensation. Vor allem die String-Anhänger erhoffen aber viel mehr. Nach ihren rein mathematischen Theorien sollte es zusätzliche Dimensionen als unsere sichtbare Raumzeit geben. Falls es diese Zusatzdimensionen tatsächlich gibt, wäre sogar die Bildung winziger Schwarzer Löcher im LHC denkbar. Über deren Eigenschaften wird derzeit heftig gestritten, die meisten Physiker glauben allerdings nicht, dass sie entstehen könnten.

"Ich bin sicher, dass wir neue Antworten zur Zusammensetzung des Universums finden werden", meint der aus Frankreich stammende Cern-Chef Aymar. Durch die Zusammenarbeit von rund 10 000 Wissenschaftlern aus aller Welt werde die gesamte Menschheit an diesen Ergebnissen teilhaben. "Wir ernten heute die Früchte einer Entscheidung von vor 54 Jahren, als sich einige europäische Länder zusammenschlossen haben, um die Teilchenphysik voranzubringen."

Vor dem Mittwoch wächst nun die Spannung am Cern. "Wenn man in die Kontrollräume reinschaut, dann sieht man dort hunderte vorwiegend junger Leute, die da Tag und Nacht arbeiten, um den LHC zum Laufen zu bekommen", berichtet Atlas-Koordinator Bethke.

Gibt es ein Gentlemans-Agreement, die Ergebnisse aus dem Atlas- und CMS-Detektor gemeinsam zu publizieren? Bethke verneint: "Wenn Leuchtturm-Ergebnisse sichtbar werden, etwa das Higgs-Teilchen, dann wird das nicht auf dem Bildschirm aufploppen: Hallo, hier ist das Higgs."

Ein solches Ergebnis erfordert laut Bethke die sorgfältige Analysen von Milliarden von Daten, die da aus den Detektoren hereinkommen. Vor allen Dingen müssen die Detektoren teilweise auf wenige tausendstel Millimeter genau kalibriert werden. "Es ist nicht einfach, solche Riesenapparate mit dieser Präzision zu fahren", sagt er. Die Reise zurück zum Urknall ist ein langer Weg. Er wird viele Jahre dauern.