Martinus Veltmann erzählt die Geschichte der Teilchenbeschleuniger und David Gross erklärte die “Superwelt”.
Der zweite Teil des heutigen Vormittags gehörte den
Teilchenphysikern. Den Anfang machte Martinus Veltman mit einem Vortrag
über die Geschichte der Teilchenbeschleuniger. Denn da hat sich ja von
den ersten Anfängen bis zum gewaltigen Large Hadron Collider (LHC) ja
einiges getan.
Martinus Veltman
Ganz an den Anfang stellte Veltman die Erfindung des Iren Nicholas
Callan. Der entwickelte 1836 den induktiven Transformator und konnte so
Spannungen von etwa 600000 Volt erzeugen. “Gemessen” hat er diesen Wert
übrigens, in dem er seine Schüler, Hand in Hand, in einer Reihe
aufstellte und ihnen dann einen entsprechenden Stromschlag versetzte.
Anhand deren Reaktion schätzte er die Spannung ab. (Später wurde ihm
das verboten und er verwendete Truthähne).
Nach diesen ersten Anfängen konnten schnell größere Spannungen erreicht und damit dann auch bald die ersten Beschleuniger gebaut werden. Der erste eigentliche
Beschleuniger wurde 1932 mit einem sg. “Cockroft-Walton-Generator”
angetrieben, erreichte etwa eine Million Volt und wurde benutzt um
Protonen auf Atomkerne zu schießen. Damit konnte auch erstmals Albert
Einsteins berühmte Formel (E=mc²) experimentell bestätigt werden – denn
mit diesem Beschleuniger konnte die Umwandlung von Energie zu Materie
(und umgekehrt) direkt beobachtet werden.
Der Stanford Linear Accelerator (SLAC) war die erste wirklich große
Maschine: mehr als 3 Kilometer lang erreichte er 50 GeV (zum Vergleich:
die Cockroft-Walton-Maschine kam nur auf 0.001 GeV). SLAC war
allerdings noch ein linearer Beschleuniger; erst später konnten dann
auch kreisförmige Anlangen gebaut werden.
Den derzeitigen Höhepunkt der Beschleunigertechnik stellt der Large
Hadron Collider (LHC) des CERN dar – aber an noch besseren und gößeren
Geräten wird schon gearbeitet: der International Linear Collider soll z.B. bis zu 40 km lang werden und bis zu 1000 GeV erreichen.
David Gross erklärte uns danach im seinem Vortrag “LHC and the Superworld”, warum man überhaupt so große Teilchenbeschleuniger baut und was man damit erforschen will.
David Gross
Das Standardmodell der Teilchenphysik ist im Moment eigentlich recht gut verstanden. Bis jetzt konnte es erfolgreich viele Probleme erklären. Allerdings ist es noch nicht komplett vollständig: ein Teilchen, das vom Modell vorhergesagt wird; konnte noch nicht gefunden werden. Dieses Teilchen ist das “Higgs-Boson” und eines der großen Ziele von LHC ist es zu finden.
Ein damit zusammenhängendes und sehr wichtiges Thema sind “Symmetrien”. Dabei geht es um physikalische Gesetze, die unter bestimmten Operationen gleich bleiben. Solche Symmetrien sind für die Teilchenphysik sehr wichtig – besonders dann, wenn sie gebrochen werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es zu einer Verletzung der Symmetrie führen. Um solche Symmetriebrechungen geht es auch bei der Theorie der “Super-Welt”. Unsere “normale” Raumzeit hat 4 Dimensionen. Aber vielleicht gibt es auf Quantenebene noch ein paar extra Dimensionen? Wäre das der Fall, müsste wegen der sg. “Supersymmetrie” jedes Teilchen noch einen “Super” Partner haben. Diese Theorie würde vieles sehr gut erklären – aber man konnte sie experimentell noch nicht bestätigen. Man vermutet allerdings, dass die Supersymmetrie bei sehr hohen Energie (die mit LHC erreicht werden können) gebrochen wird und das dabei beobachtbare Ereignisse stehen, mit denen sich die Existenz der Superteilchen bestätigen lässt (diese Teilchen sind übrigens auch ein guter Kandidat für die unbekannte “dunkle Materie” – sie würden alle Vorrausetzungen dafür erfüllen).
Optimistisch beendete Gross seinen Vortrag:
“Wir haben eine wunderbare Theorie der Elementarteilchen. Aber das Beste kommt erst noch!”
Der letzte Vortrag des heutigen Tages kam von Jack Steinberger. Er sprach nicht über Teilchenphysik (obwohl er dafür seinen Nobelpreis erhalten hatte) sondern über den Klimawandel. Unter dem Titel “What Future for Energy & Climate?” spekulierte er über mögliche Auswege aus der Klimakrise.
Jack Steinberger
Steinberger argumentierte, dass das Erdöl in 25 Jahren, das Erdgas in 35 und die Kohle spätestens in 60 Jahren aufgebraucht sind. Dann wäre auch der Meerespiegel um mindestens 5 Meter angestiegen und die durchschnittliche Temperatur hätte sich um 6 Grad erhöht. Um diese Katastrophe zu vermeiden, schlägt er vor, die weltweite Geburtenrate zu reduzieren, den Konsum einzuschränken und auf erneuerbare und umweltfreundliche Energiequellen zu benutzen (dazu zählt er unter anderem auch Kernenergie, die für ihn “billig und meiner Meinung nach OK ist; auch wenn immer wieder bestimmte Fragen zu Unfällen, Lagerung des Mülls, u.ä. gestellt werden”)
Besonderes Augenmerk richtete er aber auf Sonnenwärmekraftwerke. Die könnten, in den Wüstengebieten der Erde aufgestellt, den gesamten Energiebedarf der Menschheit decken. Bei dieser Art von Kraftwerk wird nicht das Licht der Sonne direkt in Strom umgewandelt – sondern die Wärme der Sonne gespeichert und in Energie umgewandelt. Einige solcher Kraftwerke werden schon getestet – aber bis zu einer weltweiten Verbreitung wird es noch einige Zeit dauern. Auch Steinberger meinte:
“Erneuerbare Energien zu vernünftigen Kosten sind machbar. Aber eine globale politische Kooperation zu erreichen ist viel schwerer!”
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