Physik-Nobelpreis

«Es wird viel Champagner fliessen»

Für ihre Theorie zu den Higgs-Teilchen haben François Englert und Peter Higgs heute den Physik-Nobelpreis 2013 erhalten. Doch erst die Entdeckung des Teilchens vergangenes Jahr am CERN bei Genf hat ihre Theorie experimentell bestätigt. An den Experimenten haben auch Forschende der UZH massgeblich mitgearbeitet, wie UZH-Physikprofessor Thomas Gehrmann im Interview erklärt. 

Interview: Marita Fuchs und David Werner

Hier wurde das Higgs-Teilchen gefunden: Massgeblich beteiligt an Entwicklung und Konstruktion des CMS-Detetektors (im Bild) war die Forschungsgruppe von Claude Amsler. (Bild: CERN)

Herr Gehrmann, zu welchem Zeitpunkt fand die entscheidende Entdeckung des Higgs-Teilchens statt?

Thomas Gehrmann: Sie fällt in den Zeitraum von 2011 bis 2012. Bis dahin waren immer wieder so genannte Higgs-Teilchen beobachtet worden, doch das reichte nicht aus für einen Beweis. Um nicht einer statistischen Täuschung aufzusitzen, war es notwendig, genügend weitere Beweise für die Existenz der Higgs-Teilchen zu sammeln. Der Tag, der mit der Entdeckung assoziiert wird, ist der 4. Juli 2012, als erstmals anhand eines ausreichenden Datensatzes klar wurde, dass man etwas Neues entdeckt hatte.

Ist das Higgs-Teilchen heute zweifelsfrei nachgewiesen?

Thomas Gehrmann: Am 4. Juli 2012 konnten wir mit Sicherheit sagen, dass wir ein neues Teilchen entdeckt hatten, aber es war noch nicht ganz klar, ob es sich wirklich um das Higgs-Teilchen handelte. Es hätte auch etwas Neues, ganz anderes sein können. Deshalb wurden bis Ende 2012 weitere Daten gesammelt, bis keine Zweifel mehr bestanden, dass es sich wirklich um das Higgs-Teilchen handelte.

Haben die Experimente am CERN Peter Higgs Theorie bestätigt – oder gehen die Befunde noch über die Theorie hinaus?

Thomas Gehrmann: Zunächst einmal bestätigten die Experimente die Theorie von Higgs, Englert und Brout, der bereits verstorben ist. Die drei Physiker haben diese vor fast 50 Jahren aufgestellt, um einige fundamentale Widersprüche in der Theorie der Elementarteilchen zu erklären.

Der am CERN entdeckte Higgs-Mechanismus als Ganzes liefert jedoch auch viel Neues. So zum Beispiel die Ansätze zur Erklärung der mikroskopischen Struktur des Vakuums. Die Wissenschaft kann nun exaktere Aussagen über den Grundzustand der Raumzeit machen – und damit das Schicksal des Universums präziser vorausberechnen.

Wir können heute davon ausgehen, dass das Vakuum im Universum «metastabil» ist. Das bedeutet, dass in ferner Zukunft mit neuen Übergängen zwischen masselosen zu massiven Phasen zu rechnen ist. Dank des Higgs-Mechanismus werden wir Eigenschaften und Zeitpunkt eines Phasenübergangs genau beschreiben können. Zudem können wir dank des Higgs-Mechanismus auch deutlich genauere Aussagen über die Vergangenheit des Universums machen. Wir sind damit dem Urknall auf der Spur.

Die Geschichte der Erforschung des Higgs-Teilchens erinnert ein wenig an die Geschichte der Relativitätstheorie. Kann man die beiden Entdeckungen vergleichen?

Thomas Gehrmann: Ja, das kann man durchaus. In beiden Fällen verging zwischen Theorie und empirischer Bestätigung viel Zeit. Und in beiden Fällen ist die Theorie aus der Feststellung eines Widerspruchs heraus entstanden: Einstein ist auf die Relativitätstheorie gekommen, nachdem er auf Inkonsistenzen zwischen verschiedenen bestehenden Theorien gestossen war. Genauso war es bei Peter Higgs und François Englert.

Die beiden Physiker standen vor dem krassen Widerspruch zwischen der theoretischen Behauptung, dass es nur masselose Teilchen geben könne, und der empirischen Beobachtung, dass Elementarteilchen wie das Elektron eine nachweisbare Masse haben. Peter Higgs gehörte zu den wenigen Menschen, die darauf beharrt haben, Theorie und Empirie zu vereinbaren.

Hat Peter Higgs damit gerechnet, dass seine Theorie zu seinen Lebzeiten noch experimentell bestätigt würde?

Thomas Gehrmann: Higgs war bei der Vorstellung der Daten am 4. Juli 2012 am CERN anwesend. Er sagte damals, dass es sei ein wunderbarer Augenblick für ihn sei und dass er niemals daran geglaubt hätte, die Bestätigung seiner Theorie noch zu erleben.

Dazu muss man wissen: Peter Higgs ist eine sehr bescheidene Persönlichkeit, und er stellt höchste Ansprüche an die Solidität seiner Arbeit. Mit diesen Charaktereigenschaften geht ein gewisser gesunder Pessimismus einher. Higgs war sehr erfreut, als in den Siebzigerjahren mit der experimentellen Erforschung seiner Theorie begonnen wurde. Er war aber kein Trommler, der die Forschung forciert hätte und gefordert hätte, riesige Geldbeträge in diese Forschung zu stecken.

Dürfen sich diejenigen, die am CERN an der Entdeckung des Higgs-Mechanismus beteiligt waren, durch den heute verliehenen Nobelpreis auch ein bisschen geehrt fühlen?

Thomas Gehrmann: Auf jeden Fall. Am CERN wird mit gutem Recht viel Champagner fliessen.

Im Vorfeld der Nobelpreisverleihung wurde gefordert, dem CERN in Genf den Nobelpreis zu verleihen. Wäre dies aus Ihrer Sicht angemessen gewesen?

Thomas Gehrmann: Es wäre unbedingt angemessen gewesen. Das CERN hätte den Preis genauso verdient wie Peter Higgs und François Englert. Die Entdeckung des Higgs-Mechamismus ist dem Zusammenspiel zahlreicher Leute mit unterschiedlichen Funktionen zu verdanken, die allesamt Höchstleistungen erbracht haben. Das geht von den unmittelbar an der experimentellen Kollaboration Beteiligten bis hin zu den Maschinenphysikern und Technikern, die den Teilchenbeschleuniger am CERN aufgebaut haben.

Doch um den Preis dem CERN zu verleihen, hätte man die Statuten der schwedischen Akademie ändern müssen, welche vorschreiben, dass nur einzelne Persönlichkeiten, keine Organisationen, den Preis erhalten können. Die schwedische Akademie sollte meiner Meinung nach ihre Statuten an die heutige Zeit anpassen. In den letzten hundert Jahren hat es eine Verschiebung in den Forschungsstrukturen gegeben: Wichtiger als Einzelleistungen sind heute kooperative Leistungen. Meiner Meinung nach wäre gerade die heutige Ehrung eine gute Gelegenheit, dieses Umdenken einzuleiten.

Wer war von Seiten der Universität Zürich am CERN massgeblich an der  Entdeckung des Higgs-Mechanismus mitbeteiligt?

Thomas Gehrmann: Massgeblich beteiligt ist die Gruppe des CMS-Experimentes, das sind Prof. Benjamin Kilminster, Professorin Florencia Canelli und Professor Vincenzo Chiochia. Insbesondere Kilminster und Canelli sind schon lange mit der Suche nach dem Higgs-Mechanismus beschäftigt, zunächst am Fermilab Tevatron in Chicago und seit einiger Zeit am CERN.

Professor Claude Amsler, der vor einem Jahr emeritiert wurde, hat sich mit seiner Forschungsgruppe zusammen mit dem Paul Scherer Institut stark in die Entwicklung und Konstruktion verschiedener Komponenten des CMS-Detetektors eingebracht, der sehr wichtig war bei der Entdeckung des Higgs-Teilchens.

Marita Fuchs, Redaktorin von UZH News / David Werner, Leiter Publishing

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