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Allgemein

„2012 finden wir das Higgs-Teilchen“

„… wenn es existiert“, sagt CERN-Chef Rolf-Dieter Heuer, denn der LHC und seine Detektoren arbeiten prächtig. Dann wird das Standardmodell der Elementarteilchen komplett sein – oder es steckt in Schwierigkeiten.

Rolf-Dieter Heuer

ist seit 1. Januar 2009 Generaldirektor des CERN, nach Herwig Schopper (1981 bis 1988) ist er der zweite Deutsche auf dieser Position. Heuer wurde 1948 in Boll bei Göppingen geboren, studierte an der Universität Stuttgart Physik und promovierte in Heidelberg. Er forschte am Deutschen Elektronensynchrotron DESY und ab 1984 am CERN, unter anderem als Leiter und Sprecher des OPAL-Experiments (Omni Purpose Apparatus at LEP) am Large Electron Positron Collider. 1998 folgte er dem Ruf auf eine Physik-Professur an die Universität Hamburg und kehrte zum DESY zurück, wo er von 2004 bis 2008 als Forschungsdirektor für Teilchenphysik wirkte.

bild der wissenschaft: Herr Professor Heuer, im März 2011 sagten Sie auf einer Konferenz, dass der Large Hadron Collider 2012 das Higgs-Teilchen finden wird, falls es existiert. Ist das immer noch Ihre Meinung?

Rolf-Dieter Heuer: Ja, dazu stehe ich. Ende 2012 werden wir die Shakespeare-Frage nach dem Higgs-Teilchen – Sein oder Nichtsein? – beantworten können. Die Protonen-Kollisionen im LHC sind 2011 hervorragend gelaufen. Wir konnten fünfmal mehr Kollisionen erzeugen und auswerten, als Anfang 2011 erwartet. Deshalb bin ich sicher, dass wir das vom Standardmodell der Elementarteilchen vorausgesagte Higgs-Teilchen finden werden – oder aber seine Existenz ausschließen können. Beides – nicht nur der Nachweis – wäre eine wichtige Erkenntnis. Auch eine Widerlegung wäre eine große Entdeckung, denn dann hätten wir ein riesiges Loch im Standardmodell gefunden.

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Um die Higgs-Suche zu forcieren, haben Sie sogar den LHC-Ablaufplan geändert und die lange Wartungsphase verschoben.

Das haben wir Anfang 2011 beschlossen, weil wir gesehen haben, dass die Maschine und die Experimente sehr gut liefen. Der LHC und seine Detektoren waren in einem Zustand, wie ich es nie erwartet hätte, so kurz nach der Inbetriebnahme – mit hoher Effizienz und sehr guter Eichung. Dadurch war die Chance einer Entdeckung des Higgs-Teilchens sehr stark gestiegen.

Sehen Sie schon erste Anzeichen für das Higgs-Teilchen?

Als Entdeckung bezeichnen wir ein Ergebnis mit einer statistischen Signifikanz von fünf Sigma, also 99,99994 Prozent Wahrscheinlichkeit. Um das Higgs-Teilchen damit im unteren Massenbereich zwischen 114 und 130 Gigaelektronenvolt nachzuweisen, brauchen wir eine größere Datenmenge, als wir sie bisher haben. Die jetzige reicht bei Weitem nicht aus! Man muss da sehr vorsichtig sein: Wir haben in der Teilchenphysik schon so viele Effekte kommen und gehen sehen, da geht nichts ohne ein signifikantes Signal – und zwar von beiden Detektoren: ATLAS und CMS. Ein Einzeler- gebnis ist schön, aber wir brauchen seine Bestätigung durch das andere Experiment. Wenn es 2012 so läuft wie 2011, dann sollte das ohne Weiteres möglich sein. Dann sollten wir relativ leicht die zusätzlichen Messdaten bekommen, die wir noch brauchen.

In welchem Massebereich vermuten Sie das Higgs-Teilchen?

Die untere Grenze stammt noch vom Large Electron Positron Collider am CERN und liegt bei 114 Gigaelektronenvolt. Eine obere Grenze durch die jetzigen LHC-Messungen beträgt etwa 140 Gigaelektronenvolt. In diesem Bereich, zwischen 114 und 140 GEV, wäre ein leichtes Standardmodell-Higgs also wohl angesiedelt.

Haben Sie Angst, dass die Auswertung der Daten vom Tevatron- Beschleuniger am Fermilab in den USA Ihnen das Higgs noch wegschnappt?

Nein. Wir sind jetzt schon so weit in der Statistik der LHC-Experimente, dass das Tevatron fast keine Rolle mehr spielt. Für den niedrigen Massebereich bei 114 Gigaelektronenvolt liefert das Tevatron noch einen Beitrag. Aber es kann mit Sicherheit keine Entdeckung mehr machen.

Wie gehen Sie mit Gerüchten zu angeblichen Funden um, die immer wieder laut werden?

Ich muss sie hinnehmen, denn sie lassen sich nicht vermeiden. Es ist einerseits schade, weil man reagieren muss, statt zu agieren. Andererseits gefällt es mir, wenn die Teilchenphysik im Gespräch ist – denn das zeigt, dass sich viele dafür interessieren. Aber wir haben eine klare Politik: Was nicht in einer offiziellen Pressemit- teilung vom CERN verkündet wird, ist und bleibt ein Gerücht.

Wie lange hinkt die Datenauswertung den Messungen hinterher?

Es geht erstaunlich schnell, zumindest für die vielversprechendsten Zerfallskanäle. Bei den großen Physik-Konferenzen werden oft Daten vorgestellt, die erst eine Woche oder zwei Wochen alt sind. Das berücksichtigen wir auch bei der Festlegung kurzer Wartungsphasen, in denen nicht gemessen wird. Allerdings werden die Auswertungen tendenziell immer länger, je mehr Daten wir haben. Auch frühere Messungen werden neu ausgewertet.

Wenn der LHC etwas ganz Spezielles messen würde, etwa ein verdampfendes Schwarzes Miniloch, würde man das sofort sehen?

Ja, das hat eine klare Signatur. Doch auch für jede klare Signatur gibt es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, ein Zufallsereignis zu sein. Eine Schwalbe macht noch keinen Sommer! Man braucht genügend Daten. Doch, ja, eine Schwalbe würde man relativ schnell bemerken – und dann müsste man schauen, ob sie auch Partner hat.

Wie geht es weiter am LHC?

Nach den Kollisionen der Blei-Atomkerne im November und Dezember 2011 müssen wir dringende Wartungsarbeiten vornehmen. Kein Beschleuniger läuft zwölf Monate am Stück. Im März wird der LHC wieder angeschaltet. Dann folgen erneut Protonen-Kollisionen, ähnlich lange wie in diesem Jahr. Und Ende 2012 werden nochmals Blei-Kerne aufeinander geschossen. 2013 und einen großen Teil von 2014 werden wir die Maschine vorübergehend stilllegen, erwärmen und die Detektoren öffnen. Kurz nach der LHC-Inbetriebnahme 2008 brannte ja ein Verbindungsstück zwischen zwei Magneten durch. Wir werden alle Verbindungsstücke, und davon gibt es etwa 10 000, überprüfen, verstärken und gegebenenfalls ersetzen. Das dauert einige Zeit. Auch die Detektoren werden verbessert. Und die anderen Beschleuniger, die dem LHC die Protonen liefern, müssen ebenfalls dringend gewartet werden. Alles in allem werden wohl 18 Monate vergehen. Wahrscheinlich wird die Maschine im Sommer 2014 wieder anlaufen.

Mit der geplanten Maximalenergie von 14 Teraelektronenvolt?

Zwischen 13 und 14. Das hängt von den supraleitenden Magneten ab, die man erst „trainieren“ muss. Nach fast zwei Jahren ohne Daten halte ich es für sehr viel besser, bei 13 anzufangen, als noch einmal ein halbes Jahr zu trainieren, um auf 14 zu kommen.

Was erwarten Sie: Kommt eine neue Physik?

Wenn wir das Higgs-Teilchen finden, dann besteht die nächste große Aufgabe darin, seine Eigenschaften zu vermessen. Wenn wir 2012 das Standardmodell-Higgs nicht entdecken – das heißt seine Existenz ausschließen –, müssten wir einen anderen Mechanismus finden, der den Teilchen ihre Masse verleiht. Deswegen bin ich zuversichtlich, dass da etwas anderes entdeckt würde – doch es ist unklar, was das wäre. Abgesehen vom Higgs-Teilchen sind auch noch viele andere Fragen offen, die der aufgefrischte LHC bei höheren Energien mit großem Elan angehen kann. Zum Beispiel: Warum leben wir in einem Universum, das von Materie dominiert wird, warum existiert so wenig Antimaterie? Woraus besteht die Dunkle Materie? Gibt es zusätzliche Raumdimensionen?

Was interessiert Sie dabei persönlich am meisten?

Meine Hoffnung ist, dass der LHC Licht ins dunkle Universum bringt – dass er also einen Kandidaten für die Dunkle Materie findet. Das treibt mich schon ein bisschen um. Wir haben hier ein großes Entdeckungspotenzial, brauchen dazu allerdings wohl die volle Energie.

In dem schönen LHC-Fotoband von Peter Ginter haben Sie Paul Klee zitiert: „Kunst gibt nicht das Sichtbare wieder, sondern macht sichtbar.“ Diese Kunst beherrscht ja auch der LHC. Oder jagen Physiker vielleicht doch Schatten hinterher? Gruselt es Sie manchmal angesichts der Komplexität und Abstraktion der Materie?

Nein, überhaupt nicht! Wir jagen sicherlich nicht irgendwelchen Schatten oder Träumen nach. Wir müssen unterscheiden zwischen dem, was wir messen und berechnen können, und dem, was wir uns vorstellen können. Wie beispielsweise sieht ein punktförmiges Teilchen mit Masse und Drehimpuls aus? Das kann ich mir nicht vorstellen. Ich akzeptiere das als mathematische Beschreibung. Nicht alles kann anschaulich beschrieben werden. Ich finde dieses Klee-Zitat so schön, weil es auch auf die Wissenschaft zutrifft, denn unsere Experimente machen ebenfalls das Unsichtbare sichtbar. Da zeigt sich eine Verbindung zwischen Kunst und Wissenschaft, die mir wichtig ist. Beide sind ein Teil unserer Gesellschaft. Die Grenzen verschwimmen an manchen Stellen. Aber es sind ganz klare Fragen, die wir uns stellen, und die wir zu beantworten versuchen. Und diese Antworten sind überprüfbar. Sie sind natürlich weit weg vom täglichen Leben, das gebe ich zu, aber sie sind keinesfalls esoterisch.

Was würden Sie denn einem 17-Jährigen empfehlen, wenn er Teilchenphysiker werden will? Wäre er angesichts der rasanten Fortschritte jetzt zu spät dran?

Keineswegs! Vielleicht stehen wir in einer ähnlichen Situation wie Anfang des letzten Jahrhunderts. Max Planck wurde ja von einem Physik-Studium abgeraten, weil alle Fragen schon beantwortet seien. Und dann kamen die Relativitäts- und Quantentheorie. Wenn wir in den nächsten Jahren große Entdeckungen machen, zum Beispiel zur Dunklen Materie, dann eröffnet das ein völlig neues Verständnis des Mikrokosmos und des frühen Universums. Und der heutige 17-Jährige könnte in zehn Jahren eine schöne Doktorarbeit in der zweiten LHC-Phase machen. Denn wir planen ja, den LHC die nächsten 20 Jahre zu betreiben. Wir haben erst zehn Prozent seiner Laufzeit hinter uns. Mit der verbesserten Maschine wollen wir die Jahresleistung an Luminosität, also die Gesamtzahl der Kollisionen im Jahr, um den Faktor 5 bis 10 steigern. Dann sind Präzisionsmessungen möglich, die Hinweise auf eine neue Physik geben könnten. Das wird sehr interessant!

Wie geht es dann weiter?

Das hängt von den Erkenntnissen am LHC ab. Dann müssen wir entscheiden, wie wir den LHC erweitern und welche Beschleuniger wir danach bauen. Wir entwickeln jetzt einen Vorschlag, um 2030 die Energie verdoppeln zu können, falls das sinnvoll wäre. Eine andere Richtung ist ein neuer Elektron-Positron-Collider. Auch die Entscheidung dafür ist nicht möglich ohne die LHC-Daten. Die Entscheidungen können erst getroffen werden, wenn der LHC gezeigt hat, wo eine neue Physik liegt. Dann muss man sehen, was das beste Instrument wäre, um diese neue Physik komplementär zum LHC zu erforschen. Die Teilchenphysiker aus aller Welt schauen daher sehr gespannt aufs CERN.

Wie stehen die Chancen, dass der nächste Linearbeschleuniger am CERN gebaut wird?

Lassen Sie es mich diplomatisch ausdrücken: Das CERN hat einen sehr guten Ruf, was Technologie und Beschleuniger angeht. Das CERN ist meiner Meinung nach das einzige gut funktionierende internationale wissenschaftliche Labor. Deshalb sehe ich eigentlich fast keinen anderen Ort für das nächste große globale Projekt. Zumindest hat das Management klar die Absicht, den Hut dafür in den Ring zu werfen. Um heute ein globales Projekt auf den Weg zu bringen, ist ein globales Institut nötig. Deswegen treiben wir die Erweiterung des CERN im Hinblick auf neue Mitgliedsstaaten stark voran. Nach meiner Amtszeit soll CERN ein globales Labor sein. Wir haben scherzhaft das E in „CERN“ umdefiniert von „Europe“ in „Everywhere“. Wenn wir diese globale Unterstützung für die Forschungsstätte haben, und nicht nur für die Experimente dort, dann sind wir einen großen Schritt weiter.

Wie erklären Sie sich, dass die Kooperation in der Teilchenphysik so gut funktioniert?

Da habe ich nur eine Antwort: Es ist eine Sache der Motivation. Alle haben ein Ziel, nämlich Erkenntnis zu gewinnen.

Welche Staaten werden die nächsten Mitglieder sein?

Rumänien ist schon seit zwei Jahren assoziiert und kann in drei Jahren Vollmitglied werden. Mit Israel wurden gerade Verträge abgeschlossen: Es ist jetzt auch assoziiertes Mitglied und hat die Absicht, in zwei Jahren Vollmitglied zu werden. Außerdem habe ich mit Serbien, Slowenien, der Türkei und Zypern verhandelt, und wir sind auf gutem Weg, 2012 Verträge abzuschließen. Die Aufnahmezeit bestimmen die Länder selbst, sie liegt zwischen zwei und fünf Jahren. 2017 könnten es also nicht mehr 20 CERN-Mitgliedsländer sein, sondern 26. Auch das zeigt die Attraktivität dieses Labors. ■

Das Gespräch führte Rüdiger Vaas

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