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Metastabilität: Kosmos mit Verfallsdatum

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Higgs-Boson-Erkenntnisse Physiker halten Universum für instabil

Ist der Fund des Higgs-Bosons eine schlechte Nachricht für unser Universum? Physik-Theoretiker glauben, dass die Masse des Teilchens in einem Bereich liegt, der dem Kosmos ein Verfallsdatum gibt. Ein baldiges Ende ist jedoch unwahrscheinlich.

Berlin - Die Freude war groß, als Teilchenphysiker im Sommer 2012 am Kernforschungszentrum Cern in Genf endlich die Entdeckung des Higgs-Bosons verkünden konnten. Mehr als fünf Milliarden Euro hatte allein der Bau des LHC-Beschleunigers verschlungen - Tausende Forscher aus der ganzen Welt waren an der Konstruktion und am Betrieb des einzigartigen Experiments beteiligt.

Das Wissenschaftsmagazin "Science" feierte das Higgs-Boson als wissenschaftliche Entdeckung des Jahres. Doch der Fund des Teilchens verheißt womöglich nichts Gutes für die Zukunft unseres Universums. Die Masse des Higgs-Bosons liegt nämlich in einem Bereich, der das Vakuum instabil macht - und damit das Universum insgesamt.

Joseph Lykken, Theorieexperte am Fermi National Accelerator Laboratory in den USA, hat auf der Forschertagung AAAS nun beschrieben, welches Ende das Universum nehmen könnte. In einigen Dutzend Milliarden Jahren könne ein zweites Universum entstehen, das rasant wachse und den uns bekannten Kosmos zerstöre.

Das Universum sei möglicherweise instabil, dies ergebe sich unmittelbar aus physikalischen Berechnungen, sagte Lykken in Boston - "das ist eine schlechte Nachricht". Das Universum befinde sich am Rande der Stabilität, erklärte der Experte vom Fermi Lab. Physiker bezeichnen diesen Zustand auch als metastabil. "In ein paar Milliarden Jahren wird alles ausgelöscht", zitiert NBC News  Lykken.

"Unsere Protonen zerfallen"

Die düstere Prognose ist keine Einzelmeinung eines wahnwitzigen Theoretikers, wie Wilfried Buchmüller vom Hamburger Teilchenbeschleuniger Desy im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE bestätigt: "Dank der Entdeckung des Higgs-Bosons und der Bestimmung seiner Masse können wir die Frage nach der Stabilität des Vakuums jetzt präziser beantworten." Aus der Masse des Higgs-Bosons von etwa 125 Gigaelektronenvolt folge im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik in der Tat, dass das Vakuum instabil sein müsse - und damit das Universum.

Schon 1982 hatten die beiden Physiker Michael Turner und Frank Wilczek im renommierten Magazin "Nature"  vor einem metastabilen Vakuum gewarnt. "Ohne Warnung" könne sich eine Vakuumblase irgendwo im Universum bilden und sich mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen. "Bevor wir merken, was uns hinweggefegt hat, wären unsere Protonen schon zerfallen", schrieben sie und betonten zugleich, dass es keine unmittelbare Gefahr drohe. Das metastabile Vakuum könne eine Lebensdauer von zehn Milliarden Jahren (1010), aber auch von unvorstellbaren 1030 Jahren haben.

Lykken hat den Zustand der Metastabilität bei seinem Vortrag in Boston folgendermaßen beschrieben: "Das Universum möchte einen anderen Zustand annehmen." Um da hinzukommen, entstehe irgendwo im Kosmos ein alternatives Universum, das sich dann ausdehne und alles zerstöre.

Seine Prognose beruht allein auf dem Standardmodell der Teilchenphysik. Aber auch wenn sich dieses Modell in den vergangenen Jahrzehnten immer wieder in der Praxis bestätigt hat, kann niemand endgültig sagen, ob es tatsächlich alle Phänomene umfassend und vollständig beschreibt.

"Ich bin davon überzeugt, dass das Standardmodell eine Erweiterung haben wird", sagt der Hamburger Theoretiker Wilfried Buchmüller. Das werde auch Auswirkungen auf Prognosen über die Stabilität des Vakuums haben. Insofern bleibt Lykkens Prognose vorerst eine Hypothese.

Buchmüller ist dennoch überzeugt, dass sich unser Universum in einem metastabilen Zustand befindet. "Ich halte es für wahrscheinlich, dass der Grundzustand unserer Welt, den wir Vakuum nennen, irgendwann zerfällt." Die Energie eines Vakuums könne verschiedene Werte annehmen. "Warum sollte ausgerechnet unser Universum stabil sein?"

Einen gewissen Trost spenden die langen Zeiträume der Untergangsprognosen. Lykken geht davon aus, dass das plötzliche Ende erst in Dutzenden Milliarden Jahren droht. Um genauere Angaben machen zu können, müsse man erst einmal weiter forschen.

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