In den nächsten Wochen wird der große Teilchenbeschleuniger LHC nach einer Renovierungspause wieder den Betrieb aufnehmen und sich auf die Suche nach interessanten Phänomenen machen. Die Wissenschaftler erhoffen sich Antworten auf große Fragen (zum Beispiel “Woraus besteht die dunkle Materie?” oder “Woher kommt der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie?”), sind aber auch auf der Suche nach neuer Physik. Damit ist Physik gemeint, die über das derzeitige Standardmodell der Teilchenphysik hinaus geht. Allen Forschern ist klar, dass die derzeitigen Modelle nicht in der Lage sind, die Natur komplett zu beschreiben und es noch mehr geben muss. Aber um Phänomene zu entdecken, zu deren Beschreibung neue Theorien nötig sind, muss man auch in völlig neue Regionen vordringen. Das heißt, man muss Teilchen bei Energien kollidieren lassen, die höher sind als all das, was bisher in den Beschleunigern passiert ist (und nein, das ist nicht gefährlich). Und genau das wird der LHC demnächst machen. Aber es kann sein, dass das nicht ausreicht. Es kann sein, dass man noch größere Maschinen braucht, um neue Physik zu entdecken. Maschinen, die größer als Sterne oder gar Galaxien sind. Wir können so etwas nicht bauen. Aber vielleicht gibt es kluge Aliens, die so etwas gemacht haben? Und vielleicht können wir ihr Vorhaben sogar beobachten…

Der LHC ist groß. Aber nicht groß genug!

Der LHC ist groß. Aber nicht groß genug!

Das klingt ein wenig verrückt. Das klingt sogar mehr als ein wenig verrückt. Aber nicht so verrückt, als das Brian Lacki vom Institute for Advances Studies (hey – erst kürzlich hab ich mich gewundert, warum ich nie auf Forschungsarbeiten vom IAS stoße…) nicht einen 22seitigen Fachartikel voller Formeln und Diagrammen (“SETI at Planck Energy: When Particle Physicists Become Cosmic Engineers”) darüber schreiben könnte. Lacki beschwört den “Alptraum der Teilchenphysik”: Vielleicht gibt es schlicht und einfach keine neuen physikalischen Phänomene, die wir mit einigermaßen praktikablen Methoden beobachten können! Vielleicht wird neue Physik erst bei oder in der Nähe der sogenannten Planck-Skala sichtbar, also genau an der Grenze der möglichen Physik. Vielleicht muss man die kleinstmöglich physikalisch sinnvoll definierbare Längenskala (10-35 Meter) betrachten um etwas Neues zu sehen und das bedeutet, dass man auch wirklich gigantische Energien erzeugen muss, um Aussagen über diese kleinstmöglichen Skalen treffen kann.

Kollisionen im LHC werden bei bis zu 14 TeV stattfinden. “TeV” steht für “Teraelektronenvolt”. “Tera” ist die Vorsilbe für “Billion” und “Elektronenvolt” ist die Einheit, in der Teilchenphysiker die Energie bzw. Masse ihrer Teilchen messen. Ein Elektron hat eine Ruhemasse, die einer Energie von 0,5 Megaelektronenvolt (MeV) entspricht; also eine Million Mal weniger als die Kollisionsenergie am LHC. Das bedeutet, dass am LHC auch prinzipiell Teilchen erzeugt werden können, deren Masse eine Million Mal größer als die eines Elektrons ist. Aber alle Teilchen bzw. Phänomene die erst bei noch größeren Energien auftreten, sind für den LHC nicht zugänglich. Und vielleicht, so Lacki, braucht es eben Energien in der Nähe der Planck-Skala, um neue Entdeckungen machen zu können. Das wäre dann der Bereich von “Yottaelektronenvolt (YeV)”, also eine Größenordnung von Quadrillionen von Elektronenvolt. Das ist ziemlich viel und ein Teilchenbeschleuniger, der solche Kollisionsenergien zustande bringen kann, müssten so groß wie ein ganzes Sonnensystem oder eine ganze Galaxie sein (je nachdem, wen man fragt).

So etwas zu bauen ist für uns Menschen reine Science-Fiction. Sollte der “Alptraum der Teilchenphysik” real sein, haben wir Pech gehabt und werden keine neuen teilchenphysikalischen Phänomen bei höheren Energien mehr entdecken. Aber vielleicht sind da draußen irgendwo hochentwickelte Aliens, meint Lacki, die sich mit dem Alptraum nicht abfinden wollen und die technischen Möglichkeiten haben, Konstruktionen auf kosmischen Maßstäben durchzuführen. Die könnten dann tatsächlich so einen Yotta-Beschleuniger bauen. Und damit ihre Existenz auch für uns sichtbar machen.

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Kommentare (30)

  1. #1 noch'n Flo
    Schoggiland
    18. März 2015

    @ FF:

    Öhm, die Vorsilbe für Billionen heisst aber “Tera”, nicht “Terra”. Letzteres ist das lateinische Wort für “Erde”.

  2. #2 Spritkopf
    18. März 2015

    Es kann sein, dass man noch größere Maschinen braucht, um neue Physik zu entdecken. Maschinen, die größer als Sterne oder gar Galaxien sind. Wir können so etwas nicht bauen. Aber vielleicht gibt es kluge Aliens, die so etwas gemacht haben?

    Diese Vorstellung klingt in der Tat absurd. Aber stellen wir uns vor, wir erklärten einem Menschen des Jahres 1615 (der Zeit, in der Galileo Galilei lebte) den LHC.

    “Also – wir haben da eine Höhle gegraben. Eine Höhle, die 180 Ellen unter der Erde liegt und die ringförmig ist und so groß, dass ein Mensch einen ganzen Tagesmarsch braucht, um sie einmal ganz zu durchqueren. Und in dieser Höhle lassen wir winzigkleine Teilchen – so klein, dass man sie nicht mit der stärksten Linse sehen kann – im Kreis fliegen und gegeneinander stoßen.

    Damit die Teilchen im Kreis fliegen, haben wir Apparaturen – Magnete genannt -, die genauso funktionieren wie die Kraft, die eine Kompassnadel sich nach Norden ausrichten lässt. Diese Apparaturen müssen wir mit einem Stoff kühlen, der so kalt ist, dass das Eis am Nordpol dagegen wie eine Gluthölle wirkt.

    Warum wir das machen? Damit wir die noch kleineren Teilchen beobachten können, die bei diesen Zusammenstößen entstehen.”

    Die Menschen des Jahres 1615 würden uns für plem-plem halten.

  3. #3 tobalt
    18. März 2015

    Wenn yev neutrinos zur erde kämen könnten die hier auch planxk teilchen erzeugen.

    Die neutrinos sind generell noch einige rirsife kaum erschlossene schatzruhe an erkenntnissen, auch die nieder energetischen von den Menschen oder der sonne. Da wird alleine daher noch viel neue Physik kommen.

    Ansonsten gibt es vielleicht bei Neutrinos auch resonante Prozesse die den wirkungsquerschnitt erhöhen, ähnlich wie bei Photonen.

    Also ich denke die nächsten Jahrzehnte teilxhenphysikalischer Durchbrüche werden zwangsläufig mangels alternativen auf dem Gebiet der Neutrino Physik ablaufen.

  4. #4 Silava
    18. März 2015

    Ich finde es wäre eine gute Idee Teilchendetektoren auf dem Mond aufzustellen (wenn man das bezahlen könnte).
    Man bräuchte noch nichtmal einen Beschleuniger. Auf dem Mond soll es Lavaröhren geben, falls so ein
    Lavatunnel nach beiden Seiten offen wäre dann stellt man einfach einen entsprechenden Teilchendetektor in
    die Mitte des Tunnels. Und falls zufälligerweise ein Teilchen von links mit einem Teilchen von rechts kollidiert,
    dann misst man das Ergebnis. Findet alles praktischerweise im Vakuum statt, und die Energie der kosmischen
    Stahlung stellt den LHC locker in den Schatten (mit bis zu 10^20 eV immerhin im Exa-Elektronenvolt Bereich). Wie gesagt, das wäre sehr teuer zu realisieren und man müsste vermutlich immer etwas auf passende Kollisionen warten, aber die Ergebnisse wären sicher äußerst relevant für Teilchenforscher.

  5. #5 mc-kay
    18. März 2015

    Sehr interessanter Artikel und eine tolle Vorstellung wenn es so etwas wirklich geben würde.
    Aber wäre es nicht möglich das eine Zivilisation die dermaßen weit entwickelt ist so etwas durchzuführen es auch geschafft hat Neutrinos zu “bändigen” und es deshalb für uns auch nichts zu beobachten gibt?

  6. #6 Higgs-Teilchen
    18. März 2015

    Hallo der LHC eigentlich einen Ablaufplan veröffentlicht, also was wann ver-/gesucht wird?

  7. #7 Higgs-Teilchen
    18. März 2015

    @myself
    Meinte natürlich:
    Hat man für den LHC eigentlich einen……usw.

    Blöde Autokorrektur

  8. #8 Wizzy
    18. März 2015

    @Spritkopf #2

    Sehr schönes und inspirierendes Bild, das Du da gedanklich gezeichnet hast. Danke!

    Ebenfalls vielen Dank an den Autor dieses bereits sehr kreativen Artikels! Regt zum Denken an :)

  9. #9 Krypto
    18. März 2015

    Irgendwann kommt der Zeitpunkt, ab dem der Mensch reproduzierende Maschinen herstellt und dann ist vieles im Bereich des Möglichen.

  10. #10 Bullet
    18. März 2015

    @Spritkopf: (Permanent-)Magnete waren auch Galilei und Zeitgenossen bekannt. :)

    (Die warun nur nicht so gut.)

  11. #11 Findelkind
    18. März 2015

    Ein Teilchenbeschleuniger so groß wie eine Galaxie? Bräuchte die Zvilisation, die dahinter stünde, nicht sehr viel Geduld? Selbst für ein einziges Experiment? Würde das nicht länger dauern, als es unsere eigene Zvilisation bisher überhaupt gibt?

    Ansonsten finde ich den Gedanken reizvoll, daß sich eine Zvilisation soweit entwickeln könnte, daß selbst die “Q” aus dem Star-Trek-Universum neidisch werden könnten.

  12. #12 Florian Freistetter
    18. März 2015

    @Higgs-Teilchen: Am LHC sagt man nicht “Mo bis Mi suchen wir Supersymmetrie; Do bis Sa die dunkle Materie und am Sonntag schauen wir uns nochmal das Higgs an” oder so in der Art. Da gibt es “nur” jede Menge Kollisionen zwischen Teilchen und die werden dann entsprechend ausgewertet und unter verschiedensten Gesichtspunkten betrachtet.

  13. #13 Steppl
    18. März 2015

    Ein Ringbeschleuniger mit einem Umfang von 300.000 Lichtjahren. Wie viele Runden brauchen da die Teilchen wohl für ihre volle Energie?

  14. #14 advanced deep space propeller
    18. März 2015

    Multiwellenlängenastronomie-Seti sollte sollte auf jeden Fall Neutrino-Seti beeinhalten, es gibt schon länger ein paar coole Ideen; siehe auch hier:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Search_for_Extraterrestrial_Intelligence#cite_note-38

  15. #15 derKris
    18. März 2015

    Nicht verzagen, Xeelee fragen 😉

  16. #16 Desolace
    18. März 2015

    @Florian:
    Da fehlt ein “viel” (glaub ich) : “Das ist ziemlich und ein Teilchenbeschleuniger, der solche Kollisionsenergien….”

  17. #17 mesut
    18. März 2015

    “Aber vielleicht gibt es kluge Aliens, die so etwas gemacht haben?”

    Vielleicht gab es aber auch mal nicht ganz so kluge Aliens in einem anderen Universum. Eines ihrer Planck-Energie-Experimente ging schief und hatte den Urknall zur Folge, der unser Universum hervorbrachte…

  18. #18 meregalli
    18. März 2015

    @spritkopf #2

    Stimmt voll und ganz. 1615 war vor 400 a.
    Man hätte dem Bürger damals aber auch ganz was anderes erzählen können:
    Ich komme aus einer weit entfernten Zeit. Vor 1400 a lebte ich in deiner Stadt. Wir lebten in einer Freiheit, die du dir gar nicht vorstellen kannst. Nicht zwei oder drei Religionen gab es damals da, sondern viele verschiedene Kulte, jeder konnte nach seine Facon selig werden (gut den Satz gab es erst später), musste es aber nicht. Am Forum durfte jeder seine Meinung frei äußern. Wenn wir mal mussten, diskutierten wir auf den öffentlichen Latrinen weiter. Du weißt nicht, was das ist? Da kann man bequem sitzen und sch….. und alles wurde von stetig fließendem Wasser abtransportiert und es stank überhaupt nicht. Wir badeten auch regelmäßig in beheizten Schwimmbecken und zumindest die Wohlhabenden hatten so was auch zu Hause und mit dem warmen Wasser beheizten sie auch ihre Wohnung! In diesen Wohnungen gab es häufig Malereien an den Wänden, die stellten Sachen dar! An die darfst du heute nicht einmal denken! Wir hatten Bibliotheken von Werken bedeutender Wissenschaftler und Philosophen der Antike, deren Werke durfte man alle ohne Ausnahme lesen (außerdem waren sie damals noch da). Wir fuhren auf befestigten, 5 m breiten Strassen, es gab Feste, die dauerten 5 Tage lang. Getreide aus Ägypten wurde frei verteilt……..
    Man sieht, es kann auch anders gehen.
    Hoffen wir es nicht.

  19. #19 nihil jie
    18. März 2015

    Aber seit einiger Zeit ist es hier, im Kommentarteil, ruhig geworden, wenn solche Themen wie zb. ein Teilchenbeschleuniger besprochen werden. Keine Weltuntergangpropheten weit und breit, was ich übrigens auch sehr erholsam finde 😉

  20. #20 Till
    18. März 2015

    Wie sieht das eigentlich mit schwarzen Löchern als Teilchenbeschleunigern aus? Wenn man da eine entsprechende Maschine in den Jetstream hält, sollte man doch auch schon Kollisionen mit ziemlich hohen Energien erhalten oder? Da könnte man aber sofort messen und müsste nicht erst einen Teilchenbeschleuniger bauen und dann warten bis die Teilchen in einer Millionen Jahren einige Male im Kreis geflogen sind.

  21. #21 Till
    18. März 2015

    @Meregalli: Diese ganze Freiheit, Beheizten Schwimmbäder etc. gab es aber auch im römischen Reich nur für eine sehr kleine Minderheit der (männlichen) Bürger Roms. D.h. vermutlich für einige Zehntausend Menschen. Auch im Mittelalter lebte der Adel in relativer Freiheit und Luxus und auch das waren in ganz Europa um 1600 einige zehntausend Menschen. Es stimmt schon, dass mit dem Römischen Reich einige technische Errungenschaften (Aquädukte, Stahlproduktion, Beton u.ä.) untergegangen sind, aber mit der Freiheit und dem Wohlstand des Großteils der Bevölkerung des römischen Reiches war es auch nicht so weit her…

  22. #22 SSRMKK
    Hanau/MKK
    18. März 2015

    Florian, gibt es einen einfachen Zusammenhang zwischen Ringdurchmesser und erreichbarer Energie?
    @3, @4, @20: Weiss man denn, wie höchstenergetische kosmische Strahlung entsteht? Bis gerade eben dachte ich, man wüsste es nicht, aber Lacki sagt: “General relativistic effects may allow particle acceleration to Planck energy and beyond very close to black holes, but whether this ever actually happens is debated “. Naja, statt einen Ringbeschleuniger zu benutzen, der Gefahr läuft, zu einem Schwarzen Loch zu kollabieren, kann man auch gleich ein schwarzes Loch nehmen, ist vermutlich billiger.

  23. #23 meregalli
    18. März 2015

    @till
    -Eine breite Mittelschichte gibt es erst seit sehr kurzer Zeit; wie lange noch, bleibt abzuwarten.
    -Frauen hatten im römischen Reich große Einflussmöglichkeiten und profitierten vom Wohlstand mit.
    -Soweit mir bekannt, gab es im Schloss Versailles ( nach 1615!) weder Bäder noch Toiletten und auch keine Heizung.

  24. #24 CG909
    18. März 2015

    @SSRMKK
    die erreichbare Energie bei gleichem Radius ist im Prinzip nur durch die Stärke der Magnetfelder begrenzt (dazu kommen dann natürlich noch Faktoren wie die Abschirmung der Bremssstrahlung oder dass große Teilchenbeschleuniger nicht exakt kreisförmig sind). Der Zusammenhang zwischen erreichbarer Energie und Radius bei unverändertem Magnetfeld ist etwa linear.

    Zum Abschätzen dürfte die Formel reichen:

    E = r * q * c * B

    mit r: Radius in Metern, q: Ladung der Teilchen in Coulomb, c: Lichtgeschwindigkeit in m/s, B: Magnetfeld in Tesla und E: maximal erreichbare Energie in Joule

  25. #25 Steffmann
    18. März 2015

    Pffff…..(Ring-)Teilchenbeschleuniger, gibt es da nicht was Neues ? 😉

    http://de.expedition-zukunft.org/alias/Neue_Teilchenbeschleuniger:_geradeaus_denken/990301.html

  26. #26 Franz
    19. März 2015

    Wäre nicht auch folgender Ansatz eine Möglichkeit für Aliens ? Ich such mir ein kleines schwarzes Loch, lasse um dieses meine Teilchen kreisen und beschleunige sie immer an der selben Stelle. Da die Teilchen ja durch die Raumkrümmung ‘gerade’ fliegen entsteht keine Bremsstrahlung und so sollte es doch möglich sein sie fast auf wirklich c zu beschleunigen. Oder ?

  27. #27 MiniMax
    19. März 2015

    @Findelkind
    Was die Zivilisation vor allem bräuchte, wäre ein Super Mario als galaktischer Zentralbankpräsident, der die benötigten Billiarden Fantastrillionen Galaxos (Alien-Währungseinheit) zum Planck-Zinssatz von minus 10 hoch 35 Prozent bereitstellt. Dann sind Bau und Betrieb eines galaktischen Ringbeschleunigers überhaupt kein Problem.

    Äh, na ja … natürlich muss man aufpassen, dass die Inflation nicht aus dem Ruder läuft. Sonst kann es nämlich zu einer kosmologischen Verpuffungsreaktion und Bildung einer Blase gefüllt mit ultraheißen (mehrer Billiarden Kelvin) Währungsquanten kommen, die den Raum selbst mit Überlichtgeschwindigkeit aufblähen und aus denen dann alle anderen Quantenteilchen entstehen.

    #mesut liegt schon richtig mit seiner Vermutung und wie die komische – sorry richtig muss es natürlich kosmische heißen – Inflation zustande gekommen ist, ist jetzt auch geklärt.

  28. #28 PDP10
    19. März 2015

    Ich muss ehrlich sagen, dass ich schon die Grundannahme von Mr. Lacki etwas seltsam finde.

    Aliens die in der Lage wären, einen solchen Teilchenbeschleuniger zu bauen, hätten jenen “Alptraum der Teilchenphysik” wahrscheinlich schon längst überwunden. Und auch jede Menge andere Probleme die in den Naturwissenschaften zur Zeit noch unüberwindlich erscheinen …

    Den Bau eines solchen Monstrums hätten die also wahrscheinlich gar nicht mehr nötig.

  29. #29 Florian Freistetter
    20. März 2015

    @PDP10: “Aliens die in der Lage wären, einen solchen Teilchenbeschleuniger zu bauen, hätten jenen “Alptraum der Teilchenphysik” wahrscheinlich schon längst überwunden.”

    Die These lautet doch: Man kann den Alptraum nur mit einem YeV-Beschleuniger überwinden.

  30. #30 Johannes
    25. März 2015

    @spritkopf #2: Großartiger Kommentar, danke :) Solche Beschreibungen der heutigen Welt sollte man öfter lesen! Hat mich übrigens an dieses XKCD-Comic erinnert…

    Viele Grüße
    Johannes