Schwarze Minilöcher - harmlos

Computersimulierte Teilchenspur eines Schwarzen Minilochs, das bei Proton-Proton-Stößen in ATLAS entstehen könnte. Sicher ist, dass das Miniloch ungefährlich wäre. Es würde sofort in viele Sekundärteilchen zerstrahlen, wie hier gezeigt.

Zwei Teilchenarten entwischen jedoch den Kalorimetern: Neutrinos und Myonen. Myonen sind die schweren Geschwister der Elektronen und gehören zur 2. Generation von Elementarteilchen. In unserer heutigen Welt entstehen sie nur noch kurzzeitig, wenn viel Energie im Spiel ist - zum Beispiel dort, wo kosmische Strahlung unsere Atmosphäre bombardiert. Die Myonen aus den Teilchenkollisionen sind besonders wichtige Informationsträger. Um sie einzufangen, besitzt ATLAS einen riesigen Detektor, der ihn in drei Schichten umhüllt. Das Prinzip dieser Myonenkammern ist einfach: Sie bestehen aus Bündeln von 4 Meter langen Aluröhren, die mit einem Zählgas, hauptsächlich Argon, gefüllt sind. Durch das Zentrum der 2,5 Zentimeter dicken Röhren verläuft ein langer Metalldraht, der nur halb so dünn ist wie menschliches Haar. Zwischen Draht und Röhrenwand liegt eine elektrische Spannung an. „Rast ein Myon durch das Zählgas, dann schlägt es aus den Argon-Atomen Elektronen heraus", erklärt Bethke. „Diese driften zum positiv geladenen Draht und erzeugen so ein elektrisches Signal."

Allerdings sollen die riesigen Kammern die Myonen auf mindestens 100 Mikrometer genau orten. Das macht ihre Konstruktion aufwändig. Die Schwerkraft verformt die Kammern in ihren Halterungen, Temperaturschwankungen ändern zudem ihre Geometrie. Diese Änderungen sind zwar winzig, würden aber schon die erforderliche Genauigkeit zerstören. Deshalb besitzt jede Kammer ein aufwendiges Laser-Messsystem, das kleinste Verbiegungen erfasst.

Der LHC und seine Detektoren werden einige Jahre laufen müssen, bis die Teilchenphysiker auf erste Ergebnisse hoffen können. Dann werden sie hoffentlich wissen, ob es Higgs-Teilchen tatsächlich gibt. „Sonst müssen sich die Theoretiker etwas Neues ausdenken", sagt der Experimentalphysiker Bethke. Es gibt aber noch viele weitere faszinierende Fragen zum Innersten unserer Welt, die der LHC beantworten könnte. Ein wichtiges Thema ist die „Supersymmetrie". Bethkes früherer Kollege am Institut, Julius Wess, hat diese Theorie in den 1970er-Jahren mitentwickelt. Sie gesellt den bekannten Elementarteilchen eine zweite Welt von Spiegelteilchen hinzu, die allerdings schwerer sind. Der LHC sollte sie mit seiner enormen Energie erzeugen können, falls es sie gibt. Diese „Susy"-Teilchen könnten zum Beispiel hinter der Dunklen Materie stecken.

Außerdem haben die Teilchenphysiker schon beobachtet, dass die drei Kräfte des Mikrokosmos sich einander annähern, wenn die Kollisionsenergie steigt. Wenn es so heiß wie kurz nach dem Urknall wird, könnten sie sich zu einer einzigen Urkraft vereinigen. Ein besonders eleganter „Punkt-Treffer" gelänge dabei mit Hilfe der Supersymmetrie. Demnach wäre das junge, heiße Universum noch sehr einfach gewesen. Einfachheit ist die Art von Schönheit, die Physikerinnen und Physiker lieben.

Eine andere Spekulation sind Schwarze Minilöcher, die der LHC erzeugen könnte. Würden sie die Erde verschlucken? Das wird sicher nicht passieren, denn sie würden sofort wieder zerstrahlen. Die Natur selbst beweist, dass diese Gefahr nicht besteht. Manche Teilchen aus dem Kosmos, die auch die Erde treffen, setzen bei diesen Crashs viele Millionen Mal mehr Energie frei als der LHC. Würden dabei wirklich gefährliche Schwarze Löcher entstehen, wäre zum Beispiel unsere Sonne längst von einem verschluckt.

Warum beobachten wir im heutigen Kosmos nur Materie? Das ist eine weitere grundlegende Frage der Physik, die der LHC vielleicht beantworten könnte. Nach dem Urknall muss nämlich so viel Materie wie spiegelbildliche Antimaterie entstanden sein. Beide zerstrahlten sich aber sofort gegenseitig - bis auf einen winzigen Überschuss an Materie. Dieser blieb übrig und bildet unseren heutigen Kosmos. Für so folgenreiche Macken im Spiegelkabinett der Natur interessiert sich die Physik natürlich brennend.

„Diesen Symmetriebrüchen verdanken wir schließlich unsere Existenz", sagt Bethke und lenkt das Gespräch auf eine weitere spannende Frage: Gibt es mehr als nur drei Raumdimensionen? Die Stringtheorie benötigt zehn oder elf Dimensionen, um die widerspenstige Gravitation in ihre schwingenden Quantenfäden - die Strings - einzubetten. Warum erleben wir aber nur drei Raumdimensionen? „Die höheren Dimensionen könnten winzig klein aufgerollt sein", erklärt Bethke. Falls es sie gibt, könnten Supermikroskope wie ATLAS womöglich einen Blick in sie werfen. Vielleicht offenbart das Innerste unserer Welt aber auch völlig Neues.

TECHMAX Ausgabe 12, Sommer 2009; Autor: Roland Wengenmayr