Hintergrund

Nobelpreis für Entdecker des Higgs-Teilchens Schlüsselteilchen im Materiebaukasten?

Stand: 09.10.2013 08:29 Uhr

Bereits 1964 stellten die nun gekürten Physik-Nobelpreisträger Higgs und Englert eine Theorie dazu auf, dass jedes Teilchen im Universum ein Masse hat: Sie sagten die Existenz des Higgs-Boson-Teilchens voraus.

Von Martin Gent, WDR-Wissenschaftsredaktion

Geduld ist eine Tugend - für Wissenschaftler, das Nobel-Komitee in Stockholm und wartende Journalisten. Um eine Stunde verzögerte sich die Bekanntgabe der diesjährigen Physik-Nobelpreisträger. Aber was ist eine Stunde im Vergleich zu fast 50 Jahren, die Peter Higgs und François Englert warten mussten. So lange dauerte es, bis ein von ihnen vorhergesagtes Elementarteilchen experimentell nachgewiesen werden konnte.

Higgs-artiges Teilchen endlich gefunden

Erste Anzeichen für die Entdeckung des kurz Higgs-Boson genannten Teilchens gab es im Juli 2011. Über eine Nachbarin erfuhr Peter Higgs von Messergebnissen am Superexperiment "Large Hadron Collider", LHC, am CERN bei Genf. Zufällig war Bill, der Sohn der Nachbarin, einer der Koordinatoren unter insgesamt 3000 Wissenschaftlern am LHC. Letztlich waren alle auf der Fährte nach dem meist gesuchten Teilchen der Wissenschaftsgeschichte, dem von Higgs 1964 vorhergesagten Higgs-Boson.

Das Higgs-Teilchen, experimentelles Ergebnis | Bildquelle: AP
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Das Bild zeigt das experimentelle Ergebnis der Suche nach dem Higgs-Teilchen. Foto: Kernforschungszentrum CERN, Genf

Im Sommer war die Datenlage noch schwach, im Dezember besser. Der Chef des CERN traute sich, Higgs über die bevorstehende Sensation zu informieren. Am 4. Juli 2012 waren sich die Forscherteams dann sicher genug, um die Entdeckung des neuen Teilchens öffentlich bekannt zu geben. Noch sprechen sie im Konjunktiv und vorsichtig von einem "Higgs-artigen" Teilchen. Was da gefunden wurde, ist nichts für die Pinzette, sondern eine rote Punktwolke in einem Messdiagramm, das auch heute in Stockholm präsentiert wurde.

Ein Modell für alles

Die Idee ist faszinierend: Drei Urkräfte im Wechselspiel, dazu ein überschaubarer Teilchenzoo und allgemeingültige Symmetrieregeln. Als Meisterstück der Physik gilt das "Standardmodell" der Teilchenphysik. Die Theorie beschreibt, aus welchen Elementarteilchen unserer Universum besteht und die Kräfte, die zwischen diesen Teilchen wirken. Zum Kosmos der Kräfte gehört die sehr starke Kernkraft, verantwortlich für die Energieproduktion der Sonne und die elektromagnetische Wechselwirkung, erfahrbar als Radiowellen oder ganz elementar als Licht.

Doch zur Vollendung des Standardmodells brauchte es auch eine so genannte "schwache Wechselwirkung" und dazugehörige Botenteilchen. Gesucht war ein allgegenwärtiges Energiefeld, das scheinbar masselosen Teilchen eine Masse verleiht. Letztlich geht es darum, wie Materie auf der Welt und im Universum zu ihrer Masse kommt, um eine Komponente, die Stiefmütterchen, Ameisen, Elefanten, Menschen und Autos erst "Gewicht" verleiht.

Der Name ist ein Politikum

Anfang der 1960er-Jahre beschäftigten sich mehrere Elementarteilchenphysiker unabhängig voneinander mit diesem Problem. Obwohl er nicht der erste war, wurde Peter Higgs zum Namenspaten für das mythische Austauschteilchen. Fast alle sprechen vom Higgs-Boson. Auf kaum mehr als einer Seite skizzierte der Schotte 1964 was fehlen musste, um das Standardmodell komplett zu machen. Als Datum der Veröffentlichung wird der 15. September 1964 genannt.

Doch zwei in Belgien tätige Physiker waren ihm ein paar Tage voraus. Robert Brout und François Englert beschrieben schon am 31. August einen Mechanismus, der die "schwache Wechselwirkung" näher erklärt und sagten dazu ein so genanntes "massives Vektorboson" voraus. Und eine amerikanisch-britische Gruppe um Gerald Guralnik, Carl Hagen und Tom Kibble legte nur wenig später nach.

Der Nobelpreis 2013 geht an Englert und Higgs, in genau dieser Reihenfolge - und zwar für die Vorhersage des Brout-Englert-Higgs Bosons, dem BEH-Teilchen. Robert Brout verstarb im Mai 2011. Englert bedauerte ausdrücklich, dass sein Freund die experimentelle Bestätigung der Theorie und den Nobelpreis nicht erleben konnte.

Nobelpreis für Physik geht an Briten Higgs und Belgier Englert
tagesthemen 22:15 Uhr, 08.10.2013, Daniel Hechler, ARD Genf

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Kein Gottesteilchen

So wichtig die Hinweise auf die Existenz des BEH-Teilchens für die Teilchenphysik auch sind, wirklich abgeschlossen ist das Theoriegebäude der Physik damit nicht. Weil es so schön klingt, wird das BEH- oder Higgs-Teilchen oft auch "Gottesteilchen" genannt. Göttlich ist es aber nicht und Higgs ist Atheist. "Der Herausgeber eines Buches wollte es das Gott-verdammt-noch-mal-Teilchen nennen, weil es so verdammt schwer zu finden ist," sagt der bescheidene Schotte im Gespräch mit Ranga Yogeshwar. Es "Gottesteilchen" zu nennen, führe in eine völlig falsche Richtung.

Dabei ist es auch möglich, dass es nicht nur ein BEH-Teilchen, sondern eine ganze Teilchenfamilie gibt. Insofern gehört schon ein Fragezeichen hinter die These vom "Schlussstein im Materiebaukasten". Und, wie es auch heute in Stockholm hieß, sind viele physikalischen Fragen auch mit den Ergebnissen aus Genf keineswegs gelöst. Zu den großen offene Fragen, so Olga Botner vom Nobelkomitee, gehören die Dunkle Energie und die Dunkle Materie. Beides dürfte große Teile aller Materie und Energie im Universum ausmachen. Sie bleiben aber auch im Jahr 2013 ein Rätsel der Physik.

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