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ATOMPHYSIK Ordnung im Zirkus

30 Millionen Mark kostete, am Hamburger »Desy«, das Experiment. Ergebnis: Ein flüchtiges Nichts namens »Charm« wurde gesichtet.
aus DER SPIEGEL 29/1976

Amerika, im Kosmos vorn, scheine beim Vorstoß in den Mikrokosmos allmählich die »Führerschaft zu verlieren« -- an die Europäer: So sorgte sich, Anfang Juli. die »International Herald Tribune«.

Spätestens in den achtziger Jahren, hatte zuvor schon die US-Zeitschrift »Science« vorhergesagt, werde wohl speziell »Hamburg eines der führenden Physik-Zentren der Welt« sein, eine Art Mekka jener Fraktion von Atomphysikern, die mit Hilfe riesiger Partikel-Schleudern die Materie-Bausteine in immer kleinere Bruchstücke zerlegen.

Am Donnerstag letzter Woche glichen, wie Experten urteilten, derlei Prognosen eher einer Zustandsbeschreibung: Zwei Hamburger Physiker-Gruppen, so gab das »Deutsche Elektronen-Synchrotron« (Desy) in der Hansestadt bekannt, sei es gelungen, »eine neue fundamentale Eigenschaft der Materie, von den Theoretikern »Charm' genannt«, erstmals experimentell nachzuweisen -- die Entdeckung, in der Fachwelt bereits seit längerem mit Spannung erwartet, wird nach Ansicht der Desy-Forscher »weitreichende Konsequenzen für unser Verständnis von der Struktur der Materie« haben.

Mit unterkühltem Stolz und anhand von flüchtig hingekritzelten. mal deutsch, mal englisch abgefaßten Filzstift-Notizen erläuterte letzte Woche der Norweger Björn Wiik, 39, Leiter des Experiments, den jüngsten Fund der Hamburger Physiker. Was Wiik ("Ich bin eine skandinavische Leihgabe") im Desy-Hörsaal zunächst vor einigen Dutzend Kollegen berichtete, könnte zumindest dazu beitragen, die Atomphysik aus einer Klemme zu befreien, in der sie seit rund 25 Jahren festsitzt.

In diesem Zeitraum nämlich waren die Physiker überwiegend damit beschäftigt, ihr vordem einigermaßen übersichtliches Weltbild in Scherben zu legen. Nachdem es ihnen gelungen war, Atomkerne aufzuspalten, erbauten sie mit immensem Kostenaufwand zunehmend größere Apparaturen, in denen auch die Atomkern-Bauelemente, Protonen und Elektronen, in Bruchstücke zerteilt werden konnten -- in, bis heute, etwa 300 sogenannte Elementarteilchen, die anfangs für nunmehr nicht weiter teilbare Baueinheiten aller Materie gehalten wurden.

Allerdings, mit der steigenden Zahl der Partikel wuchs die Verwirrung der Wissenschaftler -- das Gewusel der Elementarteilchen ähnelte, so ein Kritiker, immer mehr einem disziplinlosen »Flohzirkus": Die physikalischen Eigenschaften der diversen Partikel ließen sich nur mühsam auf einen gemeinsamen Nenner bringen.

In ihrer Not akzeptierte schließlich die Mehrheit der Physiker einen Ausweg, den der Theoretiker Murray Gell-Mann ersonnen hatte. Gell-Mann erklärte nun auch die Elementarteilchen für weiter teilbar: Sie bestünden, postulierte er, samt und sonders aus maximal drei verschiedenen Bestandteilen, den »Quarks« -- »up«, »down« und »strange« genannt.

Mittels der Quark-Idee, die freilich von vornherein nur für einen Teil der Partikel gelten sollte, ließ sich fortan wenigstens theoretisch einige Ordnung in den »Flohzirkus« der Physiker bringen. Obgleich trotz verzweifelter Suche kein Quark-Partikel gefunden wurde, erhöhten, schon vor Jahren, einige Forscher die Quark-Zahl auf vier; das vierte Quark versahen sie, aufgrund mathematischer Spekulationen, mit einer imaginären, in Worten nicht zu beschreibenden Eigenschaft namens »Charm«.

Unversehens aktuell wurde die »Charm«-Quark-Hypothese während der letzten beiden Jahre, als amerikanische und Desy-Physiker in einem dramatischen Entdecker-Wettlauf rasch hintereinander eine ganze »Familie« neuer Elementarteilchen dingfest machten. Kennzeichen der Neulinge: hohe Masse und ungewöhnlich lange Lebensdauer -- eine Kombination von Eigenschaften, die als »Charm«-Effekt gedeutet werden konnte.

Die Jagd auf »Charm«-Quarks war damit eröffnet. An den Start gingen bei Desy in Hamburg gleich zwei Forscher-Trupps, jeder etwa 40 Mann stark; ausgerüstet mit zwei eigens für die »Charm«-Jagd konstruierten Detektor-Geräten, »Pluto« und »Dasp«, ließen die Wissenschaftler im Desy-Speicherring »Doris« Elektronen und Positronen aufeinanderprallen und das Ergebnis der Kollisionen durch die Computer analysieren.

Was bei dem Experiment -- das vor zehn Wochen begann, aber mehr als zwei Jahre vorbereitet wurde -- herauskam, hinterläßt bleibende Spuren einzig auf den Computer-Karten. Aus den Karten lesen die Desy-Physiker. daß es »Charm« tatsächlich gibt: Bei den Kollisionen im Doris-Tunnel seien als Zerfallsprodukte Elektronen und gehäuft sogenannte K-Mesonen gemessen worden, eine bestimmte Spezies von Elementarteilchen -- genau das habe bei der Versuchsanordnung die »Charm"Theorie vorhergesagt.

Daß ihre »Charm«-Recherchen bislang mithin nur einen Indizienbeweis hergeben, stört Physiker Wiik und seine Kollegen kaum. Nur die »Charm«-Hypothese, versichern sie, biete bisher eine schlüssige Erklärung für die Versuchsergebnisse; die allerdings kann vorerst niemand auf der Welt widerlegen -- es sei denn die Desy-Forscher selber.

Denn sie allein verfügen, mit »Pluto« und »Dasp«, über Partikel-Detektoren, mit denen sich die Existenz von »Charm«-Quarks nachweisen läßt. Erst in etwa sechs Monaten könnten auch die Amerikaner mit ähnlichen Versuchen beginnen; mehr als die Deutschen leiden die US-Physiker gegenwärtig unter Geldmangel.

Geld aber brauchen die Elementarteilchen-Physiker inzwischen noch dringender als neue Einfälle: Allein der »Charm«-Fang bei Desy hat, über den Daumen gerechnet, fast 30 Millionen Mark gekostet.

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