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"Aus mehreren Gründen freue ich mich, dass ich für diese Funktion gewählt worden bin." Abgesehen davon, dass es eine Reihe von ausgezeichneten Kandidaten gab, so Manfred Krammer, ist dies eine Anerkennung für die österreichische Teilchenphysik. "Darüber hinaus blicken wir in unserem Gebiet besonders vielversprechenden Jahren  entgegen".

ECFA ist die Vertretung aller Europäischen TeilchenphysikerInnen aus den CERN Mitgliedsländern und vertritt somit die Interessen von ca. 10.000 PhysikerInnen. Verbunden mit der Funktion des ECFA-Vorsitzenden ist auch der Vorsitz des Subkomitee RECFA (Restricted ECFA). Dieses Komitee besteht aus jeweils einem Vertreter jedes Landes und den Direktoren der großen Europäischen Großlaboratorien CERN (Schweiz), DESY (Deutschland) und Frascati (Italien). RECFA bereitet wichtige Entscheidungen von europäischer Tragweite vor und führt ein regelmäßiges Monitoringprogramm in den einzelnen Ländern durch.

Ein zentraler Aspekt der Teilchenphysik ist die mögliche Vereinigung der Kräfte und die Identifikation der Teilchen als Teil einer umfassenden Symmetrie. Viele Beobachtungen deuten in diese Richtung, wie zum Beispiel die Extrapolation der Kopplungskonstanten entlang der Energieskala. Allerdings ist eine solche Vereinigung nur in Erweiterungen des Standardmodells, wie zum Beispiel der Supersymmetrie, realisiert. Für Professor Wilczek ist deshalb bei den LHC-Experimenten neben der Suche nach dem Higgs-Boson auch die Suche nach supersymmetrischen Teilchen von zentralem Interesse. Er ist durch die bisherigen Resultate nicht beunruhigt: im Falle des Higgs-Bosons kann der interessante Teil des Massenspektrums erst mit den Daten des nächsten Jahres mit der nötigen Genauigkeit erforscht werden. Auch bei der Suche nach supersymmetrischen Teilchen sieht er den interessanten Bereich erst bei höheren Massen, die noch nicht erreicht wurden. Nicht nur von ihm werden all diese Resultate mit großer Spannung erwartet.

Professor Wilczek hält auch andere Ansätze für wichtig, wie zum Beispiel die Suche nach Axionen, die für die Dunke Materie verantwortlich sein könnten, und die Präzisionsmessung von elektrischen Dipolmomenten, die Hinweise auf neue Physik geben könnte. Auch durch die Weiterentwicklung auf dem Gebiet der theoretischen Physik kann es neue Ansätze geben, inspiriert zum Beispiel durch Ideen zu nichtlokalen Theorien oder auch die Methoden der Quanteninformationstheorie.

Da diese Ideen in die weitere Zukunft weisen, ist es interessant, den momentanen Stand am CERN zu rekapitulieren: die beiden großen LHC-Experimente, ATLAS und CMS, haben erst vor kurzem gemeinsame Resultate der Higgs-Suche veröffentlicht, die auf der Kombination der Daten beider Experimente bis zum Sommer 2011 beruhen. Der gemeinsame Datensatz ermöglicht es aufgrund der größeren Anzahl von Ereignissen eine höhere Präzision bei der Messung zu erreichen und den Massenbereich von 141 GeV bis 476 GeV auszuschließen. Mit dieser Vorgangsweise erwarten wir bis Ende des nächsten Jahres Klarheit über Existenz oder Nicht-Existenz des Higgs-Bosons zu erzielen.

In der Zwischenzeit konzentrieren sich die Physiker bereits auf das nächste Rendezvous, die kommenden Winterkonferenzen, bei denen die Resultate mit allen Daten des Jahres 2011 erwartet werden. Auch die Arbeit am Institut für Hochenergiephysik, die sich auf die Suche nach supersymmetrischen Teilchen mit speziellen Signaturen konzentriert, richtet sich nach dieser Zeitskala.

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2004/wilczek-autobio.html

http://cms.web.cern.ch/news/atlas-and-cms-combine-summer-11-search-limits-standard-model-higgs

http://www.hephy.at/forschung/projekte/cms-physik/

Der SuperKEKB-Beschleuniger wird in den kommenden drei Jahren im Tunnel der bisherigen KEKB-Maschine errichtet und wird Elektronen und Positronen bei einer Energie von 10,58 Gigaelektronvolt zur Kollision bringen. Bei dieser Energien entstehen B-Mesonen und tau-Leptonen, die sich besonders zur Erforschung neuer Physik durch Präzisionsmessungen eignen. Das Besondere an SuperKEKB ist die extreme Kollisionsrate der Teilchenpakete, die gegenüber dem Vorgänger KEKB um einen Faktor 40 erhöht wird. Insgesamt soll bis zum Jahr 2022 die 50-fache Datenmenge (verglichen mit dem Vorgängerexperiment) erzielt werden.

Die physikalische Auswertung der SuperKEKB-Daten wird durch das Belle II-Experiment erfolgen, das von einer internationalen Kollaboration aus 56 Instituten in 15 Ländern betrieben wird. Das Wiener Institut für Hochenergiephysik baut eines der sieben Instrumente des Belle II-Detektors, den Silizium-Vertexdetektor, der für die Rekonstruktion der Teilchenbahnen nahe am Kollisionspunkt verantwortlich ist.

Von österreichischer Seite haben an der Grundsteinlegungsfeier neben Mitgliedern des Instituts für Hochenergiephysik der österreichische Wirtschaftsdelegierte in Tokio, Dr. Martin Glatz, sowie der Gesandte für kulturelle Angelegenheiten, Mag. Peter Storer, teilgenommen.

Diese Auszeichnung erhielt Dr. Dungel für seine in Physical Review D publizierte Messung des Cabibbo-Kobayashi-Maskawa Matrixelementes |Vcb| beim japanischen Belle-Experiment zuerkannt. Ziel der Untersuchungen des Belle-Experiment ist es, Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie zu verstehen. Dieses Matrixelement |Vcb| ist ein wichtiger Parameter, der wesentlich zum heutigen theoretischen Verständnis beiträgt.

Das Belle-Experiment ist Teil der KEK-B Beschleunigeranlage in Tsukuba, Japan. Dieser Teilchenbeschleuniger bringt Elektronen und Positronen zur Kollision und ist darauf spezialisiert, sogenannte B- und Anti B-Mesonen zu erzeugen. Belle sucht mit solchen Präzisionsmessungen nach Physik jenseits des Standard-Modells. Für diese Untersuchungen spielt der von Dr. Dungel gemessene Parameter |Vcb| eine sehr wichtige Rolle.

Das Standard-Modell beschreibt die Prozesse der Teilchenphysik bis zu einer Energieskala von einigen hundert Gigaelektronvolt (GeV). Vor allem aus der Kosmologie kommen aber Hinweise, dass das Standard-Modell bei darüber hinausgehenden Energien nicht vollständig sein kann: Das Standard-Modell enthält keinen Kandidaten für die sogenannte "Dunkle Materie", die im Universum fünfmal häufiger ist als die uns bekannten Materieteilchen.

Das Universum besteht heute ausschließlich aus Materie, während beim Urknall gleiche Mengen an Materie und Anti-Materie entstanden sein müssten. Der russische Physiker Andrei Sakharov hat bereits in den Sechzigerjahren des 20. Jahrhunderts erkannt, dass eine fundamentale Symmetrie, die sogenannte CP-Symmetrie, verletzt sein muss, um  diesen Materieüberschuss zu erklären. Diese CP-Symmetrie ist im Standard-Modell zwar verletzt, allerdings reicht dieser Effekt bei weitem nicht aus, um den heutigen Materie-Überschuss im Universum zu erklären.

Aus diesen Gründen wurden zahlreiche Erweiterungen des Standard-Modells vorgeschlagen, von denen z.B. die Supersymmetrie eines der bekannteren Modelle ist. Das Ziel des LHC-Programmes am CERN ist es, durch direkte Suchen bei den höchsten Energien die neuen, schweren Teilchen zu finden, die in diesen Erweiterungen vorhergesagt werden.

LHC ist aber bei weitem nicht die einzige Maschine, die nach neuer Physik sucht: Eine Reihe von Experimenten bei niederer Energie aber höchster Präzision sucht nach Zerfällen, die im Standard-Modell eigentlich verboten sein sollten oder misst Größen, die im Standard-Modell mit extremer Präzision berechnet werden können. Jedes Signal bzw. jede auch noch so kleine Abweichung von der Standard-Modell-Vorhersage wäre ein Hinweis auf Physik jenseits des Standard-Modells und kann im Rahmen von verschiedenen Erweiterungsmodellen interpretiert werden.

Belle sucht mit Präzisionsmessungen von B-Meson- and τ-Leptonzerfällen nach Physik jenseits des Standard-Modells. Vor allem die Untersuchung der CP-Verletzung in B-Zerfällen ist eine sehr vielversprechende Forschungsrichtung, da sämtliche CP-verletzende Phänomene im Standard-Modell durch einen einzigen Parameter beschrieben werden. Jede Abweichung von Voraussagen des Standard-Modells wäre ein Hinweis auf neue Physik.

Herrn Dr. Dungel ist es gelungen, die genaueste Messung dieses Parameters |Vcb| durchzuführen und damit die CP-Verletzung im Standard Modell einem neuen Präzisionstest zu unterwerfen. Es war dies ein weiterer Schritt in Richtung "Suche nach neuer Physik". Der "Best Paper Award" würdigt diese Leistung. Diese Messungen werden beim Nachfolge-Experiment Belle II fortgesetzt, das ab dem Jahr 2014 den Datensatz verfünfzigfachen wird. Ziel ist es, durch Präzisionsmessungen neue Physik in Energiebereichen zu suchen, die mit den gegenwärtigen Hochenergie-Experimenten noch nicht möglich sind.

"Am Ende des diesjährigen Proton Runs erreicht der LHC volle Fahrt" sagte Steve Myers, Direktor für Beschleuniger und Technologie, "um den Kontext herzustellen: Die momentane Datenrate ist vier Millionen mal höher als beim ersten Lauf und dreissig mal höher als zu Beginn 2011".

Anfang 2011 war das Ziel eine Datenmenge von einem "inversen Femtobarn" in den folgenden zehn Monaten zu liefern. Das entspricht etwa 80 Billionen Kollisionen von denen der interessanteste Teil aufgezeichnet wird. Schon am 17. Juni wurde es erreicht und damit konnten alle vier Experimente rechtzeitig zu den Sommerkonferenzen neue Resultate in vielen Bereichen der Hochenergiephysik liefern. Das neue Ziel von fünf inversen Femtobarn wurde am 18. Oktober erreicht und eröffnet die Möglichkeit weiter ins Unbekannte vorzustossen: Neue Ergebnisse betreffend etwa das Higgs-Boson oder Supersymmetrie sind in Arbeit.

Die wichtigsten Physik-Highlights aus den diesjährigen Daten beinhalten sowohl neue Grenzen für Modelle mit Supersymmetrie und für das langgesuchte Higgs-Boson als auch präzise Tests des Standardmodells und unseres Verständnisses des frühen Universums.

2011 war ein aufregendes Jahr für den ganzen LHC  und insbesondere für die Studenten und Post-Docs aus der ganzen Welt. Nach jahrzentelanger Vorbereitung wurden erstmals in grosser Menge Daten genommen mit denen HEPHY unter anderem neue Grenzen für Supersymmetrische Modelle gemessen hat und an einem verbesserten Verständnis der Produktion schwerer Quarks gearbeitet hat.

Der LHC schaltet nun um auf Kollisionen von Schwerionen um im Jahr 2012 wieder mit Proton-Proton Physik zu beginnen. Für das kommende Jahr sind somit die besten Voraussetzungen für große Entdeckungen gegeben.

Am 5. Oktober besuchten hochrangige Vertreter des Wiener Wissenschafts - und Technologiefonds (WWTF) den CERN, darunter der Vorstand Bürgermeister Dr. Häupl, Vizebürgermeisterin Mag. Brauner, dem ehemaligen Rektor der Universität Wien, Prof. Winkler und weitere zahlreiche Führungspersönlichkeiten aus Politik und Wirtschaft, etwa der Nationalratsabgeordnete Prof. van der Bellen, Botschafter Dr. Strohal und Gesandter Dr. Spitzer. Nach einer Einführung in die Aufgaben des CERN durch die Leiterin für Internationale Beziehungen, Prof. Pauss, wurde in einer angeregten Diskussion mit dem CERN-Generaldirektor Prof. Heuer Aspekte des CERN und der Teilchenphysik, unter Betonung österreichischer Beiträge diskutiert.

Danach gab es einen Überblick über die CERN-Beschleuniger durch leitende Österreicherinnen mit Schwerpunkt Large Hadron Collider (LHC); der Neutrino-Strahl zum Gran Sasso durfte angesichts der spektakulären Ergebnisse zur Neutrino-Geschwindigkeit nicht fehlen. Klarer Schwerpunkt war das Großexperiment Compact Muon Solenoid (CMS): Forschungsprogramm, österreichische Beiträge, Führung durch das CMS-Kontrollzentrum mit Erklärung der Triggertechnologie und Auslese-Elektronik, Besichtigung der Service-Kaverne mit Wiener Elektronik, und Besichtigung des durch den Film 'Illuminati' berühmt gewordenen Iris-Scanners. Auf ein leichtes Mittagessen, das vielseitige Gespräche förderte, folgte eine sehr interessante Führung zu Antimaterie-Experimenten, im Besonderen ASACUSA, AeGIS und der Therapie mit Antiprotonen. Die anschließende Führung durch das CERN-Rechenzentrum, mit Erklärung des weltweit verteilten GRID-Computing, wurde durch eine Live-Schaltung zum HEPHY-CMS-Kontrollraum in Wien aufgelockert. Den Abschluss des Besuchs bildete die Multimedia-Schau im Globe: Origin of the Universe, bevor die Besucher zum Ursprung ihrer Reise zurückkehrten - bereichert um Einblicke in die Erforschung der kleinsten Bausteine der Materie und die Aufgaben der österreichischen FoscherInnen am CERN.

Im üblichen Standardmodell der Teilchenphysik gibt es nur ein einziges Higgs-Teilchen, das für die Erzeugung der Masse  verantwortlich ist. Das ist aber nur ein möglicher Ansatz. Für den Fall, dass die Natur kompliziertere, aber durchaus mögliche, Szenarien realisiert hat, könnte die Suche noch weitere Jahre dauern. Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass überhaupt kein Higgs-Boson existiert: So ein Widerspruch zwischen der Erwartung und der Beobachtung wäre ein Hinweis auf vollkommen neue Phänomene. Mit den Worten des Nobelpreisträgers: Wenn das auch jetzt so ist, wird ein junger Physiker - heute unbekannt, aber morgen berühmt - es für uns finden.

Die Suche nach dem Higgs-Boson ist auch eines der Ziele des CMS Experiments am LHC (Large Hadron Collider). Der Stand der Suche wurde im Rahmen von internationalen Konferenzen im Sommer dieses Jahres diskutiert. In einem Großteil des Massenbereichs zwischen 145 und 400 GeV/c² - das entspricht ungefähr dem 150 bis 420-fachem der Protonenmasse - kann man die Existenz dieses Teilchen schon ausschließen. Damit bleibt im Wesentlichen ein Massenbereich zwischen 145 GeV/c² und der bestehenden experimentellen unteren Grenze von 114 GeV/c² offen. Dies ist genau der Bereich, der durch experimentelle Hinweise als der wahrscheinlichste gilt. Er ist aber experimentell besonders schwierig, da sich nur ein sehr kleiner Teil der Zerfälle klar von Untergrundprozessen unterscheiden lässt. Den Experimentatoren hilft dabei die ausgezeichnete Funktionsweise des LHC mit ständig steigenden Kollisionsraten. Die sogenannte integrierte Luminosität, eine Messgröße der gesamten erzeugten Zahl von Kollisionen, hat einen Wert von 4.23 inversen Femtobarn erreicht und entspricht einer Gesamtzahl von ca. 4*10¹⁴ Kollisionen. Man kann damit rechnen, dass die beiden großen Experimente ATLAS und CMS heuer insgesamt bis zu 10 inverse Femtobarn Daten nehmen werden, entsprechend nahezu 10¹⁵ Kollisionen beobachten werden.

Für endgültige Aussagen werden noch weitere Analysen und Daten nötig sein. Dennoch scheint der Moment, in dem die Suche nach dem Standardmodell Higgs-Boson abgeschlossen werden kann, näher zu rücken: das Resultat wird eine Entdeckung des Teilchens oder der Nachweis seiner Nichtexistenz sein.

Gerardus 't Hooft

Interview Gerardus 't Hooft in der Presse

NobelpreisträgerInnenseminar

CMS delivers 4 Femtobarn