Die Größe des Allerkleinsten

(wS/uni) Siegen 11.07.2022 | Vor zehn Jahren wurde am CERN das Higgs-Teilchen entdeckt. An der Universität Siegen war aus Anlass des Jubiläums der berühmte Physiker Prof. John Ellis zu Gast. Hätten Physiker in den 1970er Jahren die Fußnote ihres Kollegen John Ellis ernst genommen, wer weiß, ob man dem Higgs-Teilchen jemals auf die Spur gekommen wäre. Zum Glück ignorierten sie den Hinweis des britischen Physikers, dass seine Studie zur Existenz des Higgs-Teilchen niemanden ermutigen solle, sich experimentell damit zu beschäftigen. Man versuchte es dennoch, und entdeckte das Teilchen, das Peter
Higgs schon 1964 theoretisch beschrieben hatte, Jahrzehnte später, am 4. Juli 2012, bei Experimenten am weltgrößten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider (LHC) am Forschungszentrum CERN in Genf. Genau zehn Jahre später war nun eben jener John Ellis zu Gast an der Universität Siegen, um über die „Higgs-Geschichte“ zu referieren, und natürlich auch noch einmal schmunzelnd auf seine alte Fußnote zu verweisen.

Den ganzen Tag über drehte sich am Department Physik am Emmy-Noether-Campus alles um das Higgs-Teilchen, das für das Standardmodell der Teilchenphysik von so großer Bedeutung, aber für Nicht- PhysikerInnen nur schwer zu verstehen ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Siegen nahmen die Herausforderung an und öffneten die Türen zu den Laboren und luden Studierende und Schüler/Innen zu einer Masterclass und alle Physik-Interessierten zu Vorträgen und Führungen ein, um die große Welt des Allerkleinsten zu erklären. Höhepunkt dabei war der Auftritt von John Ellis, einem der
bekanntesten theoretischen Teilchenphysiker weltweit.

Ellis, 1946 in London geboren, ist Professor am King’s College London. Zu seinen Forschungsfeldern zählen neben Elementarteilchenphysik, die Stringtheorie, Supersymmetrie und Quantengravitation. Aber der 76- Jährige ist auch nach wie vor am CERN tätig und kennt daher die Siegener Kollegen Prof. Dr. Markus Cristinziani, Prof. Dr. Alexander Lenz und Prof. Dr. Thomas Mannel, die sich freuten und geehrt waren, ihn an ihrer Universität begrüßen zu dürfen.

John Ellis ist eine Wissenschaftsikone, der ein großes Publikum in den Hörsaal am Emmy-Noether-Campus zog. Er will, dass man „Higgs“ versteht. Nicht nur (Physik-) Studierenden, sondern auch alle anderen, die sich für den Ursprung der Materie interessieren. Die Reise geht von den Molekülen, zu den Atomen, dem Atomkern und Elektronen, dann zu Protonen und Neutronen und noch weiter zu Quarks, Leptonen – und eben dem Higgs-Teilchen. Ellis pendelt zwischen Populärem und Fachlichem, zwischen Formeln und Vergleichen.

Als die Entdeckung des Higgs-Teilchens bekannt wurde und Peter Higgs und François Englert 2013 den Physiknobelpreis für die Vorhersage des Higgs-Teilchens erhielten, bemühten sich viele um eine (allgemein) verständlichen Erklärung. Ellis versucht es mit Schnee. Das Higgs-Teilchen könne man sich vorstellen als Schneeflocke. Viele Teilchen bilden so etwas wie ein Schneefeld oder eben ein Higgs-Feld. Mit Skiern saust man einfach so durch Schnee. Das macht auch ein Photon im Higgs-Feld. Mit Schneeschuhen sinkt man ein. Das passiert mit Elektronen. Sie haben Masse. Mit Stiefeln kann man nur langsam durch den Schnee stapfen, so wie Teilchen mit viel Masse sich nur langsam durch das Higgs-Feld bewegen. In der Teilchenphysik gehe es nach wie vor um die Frage, ob das Standardmodell, das die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen beschreibt, stimmt. Und das Higgs-Teilchen habe eine bedeutende Lücke im physikalischen Modell gefüllt. Aber, so ist sich Ellis sicher, das Puzzle ist noch lange nicht fertig. Man habe ein Problem gelöst und gleichzeitig einen Haufen neuer Fragen aufgeworfen.

Fragen, mit denen sich auch die Siegener WissenschaftlerInnen des Center for Particle Physics mit ihrer Forschungsbeteiligung am ATLAS-Projekt am CERN weiter beschäftigen werden. Unter anderem werden an der Uni Siegen Komponenten für das Herzstücks des ATLAS-Detektors, den Pixeldetektor, entwickelt und gebaut. Bei Experimenten im ATLAS und CMS Projekt wurde vor zehn Jahren das Higgs-Teilchen entdeckt.

Masterclass

Bei der Masterclass am Vormittag sprach PD Dr. Tobias Huber über Elementarteilchenphysik und Prof. Dr. Claus Grupen ließ 50 Jahre Teilchenphysik an der Uni Siegen Revue passieren. Dr. Philip Rühl beantwortete die Frage „Wie sieht man Elementarteilchen?“, und Katharina Voß machte sich auf die Suche nach dem Z-und Higgs-Boson. Im Anschluss gab es eine Projektarbeit, bei der die Teilnehmer/Innen der Masterclass in echten ATLAS Daten nach dem Z-Boson suchten.