«Das Wort ‹Gottesteilchen› ist reiner Humbug»

Über Gott und die Welt, Nuklearforschung und den Wirtschaftsstandort Schweiz – ein Interview mit Günther Dissertori, Teilchenphysiker am Cern.

Ein Feuerwerk von Elementarteilchen: Aufnahme einer Protonenkollision am Forschungszentrum Cern.

Ein Feuerwerk von Elementarteilchen: Aufnahme einer Protonenkollision am Forschungszentrum Cern.

(Bild: zVg)

Simon Schmid@schmid_simon

Wie das Forschungszentrum Cern gestern bekannt gab, kommen Wissenschaftler der Entdeckung des mysteriösen Higgs-Teilchens immer näher. Dieses Elementarteilchen soll zu den grundlegenden Bausteinen des Universums gehören. Es wurde aber experimentell noch nie nachgewiesen.

Teilchenphysiker Günther Dissertori ist als Forschungskoordinator an den Messungen am Cern beteiligt. Er erklärt, was die Forschung am Cern aus philosophischer, wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Sicht bedeutet.

Herr Dissertori, Sie erforschen das sogenannte «Gottesteilchen». Glauben Sie an Gott? Das Wort «Gottesteilchen» ist reiner Humbug. Irgendjemand hat einmal vom «gottverdammten Teilchen» gesprochen – und plötzlich wurde das Higgs-Teilchen in den Medien als «Gottesteilchen» betitelt. Zu Ihrer Frage: Der Glaube ist etwas Persönliches, man kann das gut von der Arbeit trennen. Ich persönlich glaube nicht an Gott.

Aber Sie machen sich Gedanken über den Ursprung des Universums. Bei der Untersuchung von Naturgesetzen gelangt man durchaus an die Grenzen von Wissenschaft, Philosophie und Ethik. Ich persönlich sehe darin jedoch kein Problem. Naturwissenschaft und Religion sind wie zwei verschiedene Räume, in denen man verschiedene Sprachen spricht: Solange man die beiden Sprachen nicht vermischt und sich auf gleicher Ebene begegnet, kommt man gut miteinander aus.

Auch bei Higgs' Theorie geht es um Räume und Begegnungen. In der Tat gibt es diese Metapher von der Cocktailparty, mit der man den Higgs-Mechanismus erklären kann. Stellen Sie sich einen Raum vor, in welchem Leute (das wären dann die Higgs-Teilchen) gleichmässig verteilt sind. Nun kommt ein VIP (das wäre dann zum Beispiel ein Elektron) zur Tür herein. Sofort scharen sich die Leute um die wichtige Person. Will der VIP zum anderen Ende des Raumes gelangen, so stösst er auf Widerstand. Ist die Traube andererseits einmal in Bewegung, so ist sie schwer zu bremsen. Von aussen können wir in diesem Raum so etwas wie Trägheit beobachten – oder eben: Masse.

Liegt darin der Kern von Higgs' Theorie? Zunächst einmal war Higgs nicht der einzige Physiker mit einer ähnlichen Theorie. François Englert und Robert Brout, zwei belgische Physiker, haben über ähnliche Konzepte nachgedacht. Ziel der Theorie ist es, den Ursprung der Masse von Elementarteilchen zu erklären.

Warum ist dies so wichtig? Das Standardmodell in der Physik hat das Problem, dass Elementarteilchen im Prinzip keine Masse haben dürften. Higgs postulierte die Existenz eines Teilchens, das mit den bekannten Teilchen in Wechselwirkung steht und ihnen dadurch Masse verleiht. Würde man dieses Teilchen nachweisen, so wäre das Standardmodell damit «gerettet». Andererseits würde man auch die Unterschiede zwischen Elektromagnetismus und schwacher Kernkraft besser verstehen, welche unter anderem aufgrund der Massen jener Teilchen entstehen, die diese Kräfte vermitteln.

Und wenn es das Higgs-Teilchen doch nicht gibt? Das wäre für viele Physiker sogar noch interessanter. Dann müsste man sich überlegen, welche anderen Mechanismen dafür verantwortlich sind, dass Elementarteilchen Masse erlangen.

Welches Forschungsergebnis wünschen Sie sich persönlich? Beide Ergebnisse wären interessant. Ich arbeite nun seit 10 Jahren am Cern an diesem Projekt – das Higgs-Teilchen nachzuweisen, wäre eine grosse Genugtuung. Aber auch das Zurückweisen der Theorie durch unsere Experimente wäre aus wissenschaftlicher Hinsicht ein Erfolg.

Naturwissenschaftler sind sehr streng, was Beweise anbelangt. Um eine Aussage zu machen, müssen Sie in einem physikalischen Experiment eine Wahrscheinlichkeit von 99,999 Prozent erzielen. Die Standards sind sehr hoch, denn es könnte sein, dass andere Forscher ein Folgeexperiment machen, bei dem sich ihre Aussagen nicht bestätigen. Über die Existenz eines Elementarteilchens sollten Sie sich schon sehr sicher sein.

Wie haben Sie persönlich an der Forschung am Cern mitgewirkt? Nachdem ich 2001 an die ETH gekommen bin, habe ich zunächst an Bau, Installation und Tests von Detektoren und Instrumenten mitgewirkt. Ab 2008 stand die Koordination von Datenanalysen und Publikationen im Vordergrund. Es gibt am Large Hadron Collider (LHC) mit Atlas und CMS zwei grosse Experimente – an jedem von ihnen sind über 2000 Wissenschaftler beteiligt. In den letzten zwei Jahren haben wir über 100 wissenschaftliche Publikationen hervorgebracht.

Wie verläuft ein typisches Experiment am Cern? Man lässt Protonen mit hoher Geschwindigkeit aufeinanderprallen. Bei diesen Kollisionen entstehen neue Teilchen, die weggeschleudert werden. Detektoren nehmen die Flugbahn der Teilchen mit 40 Millionen Bildern pro Sekunde auf, um daraus die Flugbahn zu rekonstruieren.

Und eines dieser Teilchen ist das Higgs-Teilchen? Es ist noch etwas komplizierter. Falls beim Zusammenprall ein Higgs-Teilchen entsteht, so zerfällt dieses sofort wieder in weitere Teilchen. Man muss dann versuchen, diese Teilchenpaare oder -quartette nachzuweisen, um auf die Existenz von Higgs-Teilchen zurückzuschliessen.

40 Millionen Bilder pro Sekunde sind ziemlich viel. Gleichzeitig zu den Aufnahmen muss man die Daten reduzieren. Einzelne Bilder sind ungefähr 1 bis 2 Megabyte gross, bei 40 Millionen Bildern pro Sekunde kommt da einiges an Daten zusammen. Es braucht also Software, welche die Rate der eingehenden Bilder im Messgerät selbst innerhalb von Mikrosekunden reduziert. Später werden die Bilder zu Hochleistungsrechnern geschickt, um die Menge bis auf etwa 400 Bilder pro Sekunde zu reduzieren. Pro Jahr macht dies immer noch etwa 1,5 Milliarden Bilder. Um damit fertig zu werden, haben Forscher am Cern das sogenannte Grid-Computing entwickelt. Dabei werden Bilder auf Rechner in der ganzen Welt zur Analyse verteilt. Eines der Rechenzentren steht zum Beispiel in Manno im Kanton Tessin.

Ist die Schweiz also auch ein Informatikpionierland? Was Supercomputing anbelangt, sind Länder wie Japan oder die USA sicher führend – doch die Schweiz braucht sich nicht zu verstecken.

Wie profitiert die Schweiz vom Cern? Das Cern ist weltweit das grösste und wichtigste Forschungslabor der Teilchenphysik. Für die Schweiz ist damit ein grosses Prestige verbunden. Zwar zahlt die Schweiz wie jedes Mitgliedsland auch Geld ans Cern, doch in die Schweizer Volkswirtschaft fliesst deutlich mehr Geld zurück. Viele Aufträge gehen an Schweizer Unternehmen. Zudem haben Firmen und Arbeitskräfte in der Schweiz die Möglichkeit, Know-how aufzubauen und auszuweiten.

Haben die Experimente am Cern auch einen praktischen Nutzen für die Menschheit? Am Cern wird Grundlagenforschung betrieben. Was daraus entstehen wird, ist heute noch nicht absehbar. Jemand hat einmal den Spruch gesagt: «Ich weiss nicht, wozu dies einmal verwendet wird, aber ich bin sicher, dass man daraus Steuern eintreiben kann.» So ähnlich ist es wohl mit der Forschung am Cern. Quasi als Nebenprodukt der Forschung entstand am Cern das World Wide Web – und heute gibt es eine gigantische Industrie rund ums Internet. Aus der Teilchenforschung sind aber auch konkrete Anwendungen entstanden – beispielsweise in der Medizin, wo man Teilchen aus dem Beschleuniger verwendet, um Tumore zu zerstören.

Higgs veröffentlichte seine Thesen 1964. Am Cern wird seit 12 Jahren geforscht. Warum dauert Ihre Forschung eigentlich so lange? Die Infrastruktur ist sehr komplex, und es braucht sehr viel Zeit für Design und Bau eines Teilchenbeschleunigers. Die Idee zum LHC-Beschleuniger entstand in den Achtzigerjahren. In den Neunzigerjahren ging es an die Planung, 2001 wurde mit dem Bau des Teilchenbeschleunigers begonnen. Seit 2009 können nun Messungen gemacht werden. Dass es nicht schneller ging, liegt neben der schieren Grösse der Anlage auch an den begrenzten Budgets. Man hat nicht unendlich Forschungsgelder.

Bis Ende 2012 sollen Ihre Experimente beendet sein. Erhält die Schweiz bald einen Nobelpreis? Wenn in Genf oder sonst wo ein Higgs-Teilchen nachgewiesen wird, so sollten erst einmal die Theoretiker selbst einen Preis erhalten. Ob die am Experiment beteiligten Institutionen auch mit einem Nobelpreis belohnt werden sollten, ist eine heikle Frage.

baz.ch/Newsnet

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