Der Physik-Nobelpreisträger Frank Wilczek freut sich jetzt schon auf den nächsten Sommer. Im August kommenden Jahres soll nämlich der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) bei Genf den Betrieb aufnehmen. Der 56-jährige Physiker vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) glaubt, dass der LHC einen ganzen Reigen neuer Elementarteilchen entdecken und damit die Physik revolutionieren wird (siehe Kasten).Die Existenz dieser Partikel hatte Wilczek in den Siebzigerjahren vorausgesagt. 2004 erhielt er dafür den Nobelpreis. "Endlich wird unsere Theorie getestet - das ist genauso aufregend wie damals, als wir sie entwickelten", sagte der US-Physiker letzte Woche bei einer Tagung in Karlsruhe. Wilczek wird zweimal im Jahr nach Genf fahren, um die Experimente zu beobachten.Vor mehr als dreißig Jahren entwarfen Wilczek und seine Kollegen die Supersymmetrie, kurz Susy genannt. Nach dieser Theorie hat jedes bekannte Elementarteilchen einen Kompagnon, den sogenannten Superpartner. Mindestens 17 neue Elementarteilchen mit seltsamen Namen sagt Susy voraus: So heißt der Superpartner des Elektrons Selektron, der des Photons Photino.Die Superpartner sind vermutlich viel schwerer als die bisher bekannten Partikel. Zu schwer, um von den existierenden Teilchenkanonen erzeugt werden zu können - sie sind einfach zu schwach für diese Aufgabe. "Mit dem LHC kommen wir jetzt einen großen Schritt voran, denn er ist zehnmal stärker als der derzeit stärkste Beschleuniger Tevatron", sagte Wilczek bei der Karlsruher Tagung, auf der fünfhundert Physiker über Nachweismethoden für die extrem flüchtigen Superpartner diskutierten.Mit Susy kommt die Physik Einsteins Traum von der Weltformel ein ganzes Stück näher. "Wenn man nämlich die Superpartner berücksichtigt, lassen sich mit Ausnahme der Schwerkraft alle in der Natur vorkommenden Kräfte auf einen Ursprung zurückführen", sagt Frank Wilczek. Seine Kalkulationen zeigten, dass die starke Kernkraft, die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält, und die hundertmal schwächere elektromagnetische Kraft, die zwischen elektrisch geladenen Teilchen wirkt, zu einer einzigen Urkraft verschmelzen, wenn zwei Elementarteilchen sich sehr nahe kommen. Auf ein Zehntrillionstel (eine 1 geteilt durch eine 1 mit 19 Nullen) des Durchmessers eines Atomkerns müssen sie aneinanderrücken, damit dieser Effekt wirksam wird. Unmittelbar nach dem Urknall waren sich die Teilchen des Alls derart unvorstellbar nahe und die Urkraft könnte damals tatsächlich gewirkt haben. Weil nur Susy die Kräfte vereinigen kann, ist die Theorie für viele Physiker attraktiv, obwohl sie noch durch kein einziges Experiment gestützt wurde.Auch Kosmologen erhoffen sich von Susy die Lösung eines ihrer kniffligsten Rätsel. Es hat mit der dunklen Materie zu tun, einem mysteriösen Etwas, aus dem ein Viertel der Masse des Universums besteht. Vieles deutet darauf hin, dass die dunkle Materie mit ihrer Schwerkraft ganze Galaxien zusammenhält. Aber leider ist die geheimnisvolle Substanz unsichtbar; sie entzieht sich beharrlich dem Blick der Astronomen, die den Himmel mit ihren Teleskopen beobachten.Der LHC, dessen Aufbau 3 Milliarden Euro kostet, ermöglicht es nun, die rätselhafte Substanz im Labor zu untersuchen. "Dunkle Materie könnte sich aus Neutralinos zusammensetzen, den leichtesten Susy-Teilchen. Falls sie existieren, können wir sie im LHC erzeugen", sagte in Karlsruhe Edward Kolb von der University of Chicago.Beim Urknall seien zunächst alle Superpartner der bekannten Elementarteilchen entstanden, vermutet der Astrophysiker. Allerdings seien die meisten Susy-Teilchen unmittelbar nach ihrer Entstehung zerfallen. Nur die Neutralinos seien stabil und würden heute noch existieren. "Die Masse der übrig gebliebenen Neutralinos lässt sich grob abschätzen", sagte Kolb. Sie entspreche in etwa der Masse der dunklen Materie im All. Das Neutralino ist also ein ernst zu nehmender Kandidat für die dunkle Materie. Um die Vermutung zu erhärten, muss das Neutralino im Beschleuniger erzeugt und seine Masse möglichst genau bestimmt werden.Selbst wenn das Neutralino existiert, wird man es nur indirekt nachweisen können. Denn für die Teilchendetektoren am LHC ist es genauso unsichtbar wie für die Teleskope der Astronomen. Weil aber die Detektoren jedes andere Teilchen registrieren und seine Energie messen, wird es auffallen, wenn Energie fehlt. Der Fehlbetrag muss in den Neutralinos enthalten sein.Die anderen Susy-Teilchen sind schwerer zu entdecken. "Auf jeden Superpartner, den wir im LHC erzeugen, kommen eine Million Partikel, die wir schon kennen", sagte Wilczek. "Leider fliegen die Susy-Teilchen nicht mit Etiketten durch den Detektor", fügte der Forscher schmunzelnd hinzu.Was die Identifikation zusätzlich erschwert: Die frisch erzeugten Superpartner zerfallen sofort in die Bausteine von Protonen und Neutronen. Diese sogenannten Quarks entstehen bei jeder Protonenkollision zuhauf. Die Spuren der Susy-Teilchen versinken also in einem Quarks-Brei. Teilchenphysiker aus aller Welt haben zwar viele Ideen, wie man die gesuchten Teilchen aus dem Brei herausfischen könnte. Eine allseits akzeptierte Methode gibt es aber noch nicht.Schnelle Erfolge erwartet Wilczek erst gar nicht: "Wir werden mit dem LHC zwar Ungewöhnliches beobachten, aber es wird danach Jahre dauern bis die Daten interpretiert sind", sagte der Physiker. Und selbst, wenn ein Susy-Teilchen identifiziert würde, lasse sich seine Masse nur schätzen. Das gelte auch für das Neutralino. "Zwar können wir es mit dem neuen Beschleuniger finden", sagte Wilczek. Doch um zu prüfen, ob Neutralino und dunkle Materie ein- und dasselbe sind, werden die LHC-Daten seiner Ansicht nach nicht ausreichen.Deshalb ist Wilczek wie viele andere Forscher der Meinung, dass ein weiterer Teilchenbeschleuniger gebaut werden muss. Er soll es ermöglichen, die Masse neu entdeckter Partikel genauer zu bestimmen als der LHC. Pläne dafür gibt es längst: Der International Linear Collider (ILC) soll statt Protonen aufeinanderzuschießen Elektronen mit Positronen zusammenprallen lassen. Kollisionen zwischen diesen Elementarteilchen sind wesentlich leichter auszuwerten als die zwischen Protonen. So wären nicht nur genauere, sondern auch schnellere Ergebnisse möglich. Der Nachteil der Elektronenkanone ist, dass sie zehnmal weniger Energie aufbringt als der LHC und daher sehr schwere Superpartner nicht erzeugen kann.Doch selbst der LHC könnte dafür zu schwach sein. "Manche Superpartner werden wir vielleicht nicht nachweisen können", räumte Wilczek ein. Dennoch fiebert der Nobelpreisträger dem Start des LHC entgegen. Wilczek: "Eines ist sicher: Selbst wenn wir keine Susy-Teilchen finden, werden wir in Genf aufregende Entdeckungen machen."------------------------------Immer im KreisUm neue Elementarteilchen zu entdecken, bauen Physiker immer größere Teilchenbeschleuniger. Denn je schwerer die Partikel sind, die gefunden werden sollen, desto stärker müssen bekannte Teilchen wie Protonen, Elektronen oder Positronen beschleunigt werden, bevor sie aufeinanderprallen - und dabei möglicherweise neue Teilchen erzeugen. Der Zusammenhang erklärt sich aus Einsteins berühmter Formel, derzufolge Masse und Energie gleichwertig sind.In der Regel sind Teilchenbeschleuniger kreisförmig. Darin sind zu Paketen gebündelte Partikel im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn unterwegs. Oft kommt es zu Kollisionen, die die Forscher dann auswerten. Ein Kreisbeschleuniger kann die Teilchen umso stärker beschleunigen, je größer sein Umfang ist.Der weltgrößte Kreisbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC), der zurzeit nahe Genf entsteht, hat einen Umfang von 27 Kilometern. Er wird Hadronen aufeinander schießen. Das sind Teilchen, die aus Quarks bestehen. Meist werden im LHC Protonen zusammenprallen.Der bislang stärkste Kreisbeschleuniger Tevatron steht im Forschungszentrum Fermilab bei Chicago. Er hat einen Umfang von sechs Kilometern und schießt Protonen und Antiprotonen mit einer Energie von 1,9 Teraelektronenvolt aufeinander. Der LHC wird Protonen mit einer Energie von 14 Teraelektronenvolt zusammenprallen lassen. (cmr.)