Neulich am LHC in Genf: eine der möglichen Sichtungen des extrem raren Top-Quarks, das in weitere zwei Teilchen zerfällt.

Ilustration: Cern

Paris/Wien - Es ist die scheueste Spezies im Zoo der Teilchenphysiker, was unter anderem auch daran liegt, dass seine Lebenszeit nur ein Tausendstel einer Trilliardstelsekunde beträgt. Die Rede ist vom Top-Quark, das Forscher nun erstmals auch in Europa am Large Hadron Collider (LHC) in Genf beobachtet haben dürften.

Details der extrem raren Sichtung, die noch bestätigt werden muss, gaben Cern-Wissenschafter am Montag bei der Internationalen Konferenz für Teilchenphysik bekannt, die noch bis Mittwoch in Paris stattfindet. "Entsprechend groß ist hier die Aufbruchsstimmung", berichtet Christian Fabjan, Direktor des Instituts für Hochenergiephysik (Hephy) der ÖAW und viele Jahre führender Mitarbeiter am Cern hörbar euphorisiert von der Tagung. Immerhin hatte dort gerade Frankreichs Staatspräsident Nicolas Sarkozy eine Rede gehalten.

Milliarden von Kollisionen

Die Stimmung unter den Teilchenphysikern ist vor allem deshalb so gut, weil der LHC in den knapp vier Monaten nach seinem Neustart bereits eindrucksvolle Ergebnisse geliefert hat, wie Cern-Chef Ralf Heuer verlautbarte. Die Milliarden von Kollisionen, die seitdem in der größten Maschine der Welt stattfanden, hätten bis jetzt ein "Wiedersehen mit den alten Freunden aus der Teilchenwelt" gebracht, so Heuer.

Dazu gehört unter anderem das W- und das Z-Teilchen, die am Cern bereits vor fast 30 Jahren entdeckt worden waren. Diese und andere Wiederentdeckungen bedeuten, dass das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik zu funktionieren scheint, mit dem die bekannten Elementarteilchen und Wechselwirkungen zwischen diesen beschrieben werden.

Eines dieser Teilchen ist eben das Top-Quark, das schwerste bekannte Elementarteilchen des SM. Es wurde erstmals 1995 am Tevatron bei Chicago nachgewiesen - und nun eben am LHC in neun Kandidaten am Atlas-Experiment und drei bis vier am CMS. Trotz der hohen Energie der Protonen im LHC (3500 Milliarden Volt) werden Paare dieser Teilchen nur einmal in 100 Millionen Wechselwirkungen erzeugt.

Die endgültige Bestätigung dieser Sichtungen ist dennoch nur eine Frage weniger Monate, so Fabjan. Dafür sei die etwa zehnfache Anzahl an Kandidaten nötig. Das sei leicht erreichbar, zumal die Detektoren ebenso reibungslos arbeiten wie die hochkomplexe Datenverarbeitung des LHC.

Die ersten Sichtungen des Top-Quarks am LHC sind nicht zuletzt deshalb so bedeutsam, weil das "sehr gute Vorzeichen für die Entdeckung neuer Teilchen sind", wie Wolfgang Adam erläutert, der Projektleiter der CMS-Analysegruppe am Hephy ist.

Mit diesen neuen Teilchen ist vor allem das Higgs-Boson gemeint. Das ist das letzte noch unentdeckte Teilchen, dessen Existenz vom SM vorausgesagt wird. Und weil es den anderen Teilchen ihre Masse verleiht, wird es auch gerne "Gottesteilchen" genannt.

Damit ist nun auch der Wettlauf mit dem US-amerikanischen Tevatron, der die letzten zehn Jahre der führende Teilchenbeschleuniger war, in seine finale Phase getreten. Dort ist man dem Higgs-Boson in den vergangenen Monaten näher gekommen und wird das Tevatron deshalb länger laufen lassen als geplant, weil man sich erhofft, doch noch vor dem LHC ans Ziel zu kommen.

"Action kommt nach Europa"

Für Fabjan ist das nicht ganz ausgeschlossen. Klar sei aber, dass die "Action in der Teilchenphysik mittelfristig zurück nach Europa kommt" und dem Fachgebiet nun großartige Jahre bevorstünden.

Das direkte Duell mit dem Tevatron läuft bis Anfang 2012, weil dann der LHC für rund 15 Monate abgeschaltet und für noch energiereichere Kollisionen vorbereitet wird. Wenn schon nicht das Higgs-Teilchen, so könnte bis dahin die Supersymmetrie experimentell bestätigt werden, meint Fabjan, der auch den weiteren LHC-Fahrplan verrät: 2016 wird es zu einem nächsten 15-monatigen "Aufrüsten" kommen. Das wiederholt sich 2020, und danach soll der LHC bis 2030 laufen.

Für danach wünschen sich die Physiker einen Linearbeschleuniger. Eine Bestellbitte hat Präsident Sarkozy gestern in Paris erhalten. (Klaus Taschwer/DER STANDARD, Printausgabe, 27. 7. 2010)