Autor: Sculd

TESLA oder 1 billionstel Sekunde nach dem Urknall

Am Freitag den 12 Juli 2002 hat der deutsche Wissenschaftsrat grünes Licht für den Bau des 33 Kilometer langen und 3,5 Milliarden Euro teuren Teilchenbeschleunigers TESLA* mit einem dazugehörigen Röntgenlaser am Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY) gegeben. Mit TESLA sollen der Aufbau der Materie und der Urknall ebenso erforscht werden wie neuartige Werkstoffe und der Ablauf der Lebensvorgänge.

Im TESLA werden ein Elektron und ein Positron auf eine Energie von jeweils 250 Milliarden eV**. beschleunigt und in der Mitte des 33 Kilometer langen Speicherrings in einer Reaktionskammer zur Kollision (e+e- Annihilation) gebracht. Ihr Energieniveau entspricht dabei ungefähr dem, das diese Teilchen etwa 1 billionstel Sekunde nach dem Urknall hatten und ermöglicht es hochenergetische Annihilationensprozesse zu simulieren. Die aus dieser Kollision hervorgehenden Teilchen werden dabei von einem neuartigen Röntgenlaser, dem TESLA X-Ray Laser, beoabchtet. Dieser Laser ist in der Lage, hochintensive Röntgenstrahlung von sehr kurzer Dauer und sehr kurzer Wellenlänge (1-10 nm) zu generieren und damit de Fakto eine Aneinanderreihung von Momentaufnahmen der Kollision abzubilden. Der Einsatz dieser Technik macht es erstmals möglich, mit einem Laser die Struktur eines Atoms, sowie einzelner Teilchen als Momentaufnahmen darzustellen. Diese Technik ist notwendig, da die Teilchen, nach denen geforscht werden soll, so schwer sind, dass sie erst bei Energien zwischen 100-300 Milliarden Elektronenvolt entstehen und danach sogleich wieder verschwinden. Diese Teilchen heissen in der Physik HIGGS und SUSY Teilchen.

Das Universum wird von einem Feld durchdrungen, das Higgs-Feld genannt wird. Nach der allgemein akzeptierten Higgs-Theorie entsteht Masse dadurch, dass ein masseloses Teilchen durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld Masse erhält. Da dieses Feld jedoch sehr schwach ist, muss die Energie des masselosen Teilchens sehr hoch sein, um das HIGGS Teilchen beobachten zu können. Die Beobachtungsversuche nahebei 100 Milliarden eV. sind bisher ergebnislos geblieben, was darauf schliessen lässt, dass das HIGGS Teilchen erst bei Energien sehr viel grösser als 100 Milliarden eV. beobachtbar ist. Sollte sich die Existenz des HIGGS Teilchens nachweisen lassen, so wäre das der bisher vergeblich gesuchte Beweis für eine der wichtigsten physikalischen Theorien, der Weinberg Salam Theorie und für ein Postulat, das als lokale Eichinvarianz von Isospinoperatoren bekannt ist.

Das Standardmodell der materiellen Physik besagt, dass jedes Teilchen einen Partner hat, mit dem es zu einem masselosen Photon reagieren kann. Für die subatomaren Teilchen, die Quarks, Leptonen, Gluonen und Vektorbosonen sind diese Partner jedoch nicht bekannt. Um das Standardmodell dennoch aufrechtzuerhalten, wurde eine Theorie entwickelt, die Supersymmetrie Theorie genannt wird und in der sogenannte SUSY Teilchen als Partner für die Teilchen des Standardmodells vorhergesagt werden. Aus den Berechnungen zur elektromagnetischen Kraft, der Schwachen Wechselwirkung und der Starken Wechselwirkung weiss man, dass ihre Wirkungen unter Hinzunahme von Supersymmetrieannahmen erst bei sehr hohen Energien vergleichbare Werte annehemen, ergo lassen sich SUSY Teilchen auch nur bei sehr hohen Energien nachweisen. Man hofft, dass zumindest soviel Energie erzeugt werden kann, um das leichteste der SUSY Teilchen beobachten zu können. Der Nachweis der SUSY Teilchen würde die Theorie von der allgemeinen Symmetrie des Universums bestätigen und zu einem leichteren Verständnis der gesamten Problematik von Symmetriephänomenen beitragen.

Der Nachweis der Supersymmetrie wäre ein indirekter Beweis für die Existenz von Superstrings***, da die Superstringtheorie die Supersymmetrie vorhersagt. Damit wäre dann die fehlende Verknüpfung zwischen der von der Superstringtheorie vorhergesagten Gravitationswechselwirkung durch ein Graviton und den drei anderen Wechselwirkungsarten hergestellt und es entstünde so die Möglichkeit, auf der Basis der Superstringtheorie eine Universaltheorie für alle bisher bekannten Wechselwirkungstheorien zu entwickeln.

Den Bau eines solchen Forschungszentrums kann man nur begrüssen. Damit hat Deutschland neben einem herausragenden Forschungsstandort in Garching (Fusion) einen weiteren in Hamburg(Kern und Elementarteilchen), der mit seiner ausgezeichneten Ausstattung sowohl dem Fermi Lab bei Chicago, als auch dem LHC bei Cern Konkurrenz machen kann. Man kann gespannt sein, welche aufregenden neuen Entdeckungen uns aus diesem Forschungsstandort in der Zukunft erwarten werden..

Vielleicht ist das Universum ja wirklich nur eine Ansammlung von Vibrationszuständen. Wer weiss

Eure Sculd

* TESLA = TeV-Energy Superconducting Linear Accelerator

**eV = 1 Elektronenvolt ist diejenige Energie, die ein Elektron beim Durchlaufen einer Beschleunigungsspannung von 1 V aufnimmt. Sie beträgt 1,602*10-19 J.

*** Superstring = Theoretisch ein aufgerollter und verdrillter zehn- bis elfdimensionaler String (Faden), der durch eine bisher unbekannte Form zu vibrieren, alle bekannten Teilchen erzeugt.