Nach vielen Jahren der Vorbereitung hat das CERN ein neues Experiment genehmigt: die Suche nach versteckten Teilchen (SHiP). Der Physiker Alexey Boyarsky war von Anfang an beteiligt. „Wir wissen, dass es Physik gibt, die fehlt, und wir wollen sie finden.“
„Letztendlich versuchen wir, das gesamte Universum in einer einzigen Theorie zu erfassen“, sagt Boyarsky, Professor für theoretische Physik am Leiden Institute of Physics. „Das Standardmodell schien genau das zu sein, aber es fehlte immer etwas. Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 dachten wir, das Modell sei vollständig“, sagt er. „Aber dann wurde uns klar, dass das nicht sein kann.“
„Diese Geschichte begann im Jahr 2006, als wir ein paar Theoretiker mit einer Idee waren. Im Jahr 2013 waren wir 16 und veröffentlichten eine Absichtserklärung. Jetzt ist es eine Zusammenarbeit zwischen 54 Instituten in 18 Ländern. In Leiden haben viele Forscher dies bereits untersucht.“ Theorie hinter SHiP und förderte sie sogar.
„Sehen Sie, wir beobachten Dinge, die nach dem Standardmodell unmöglich sein sollten. Das kann man nicht ignorieren.“ Drei Geheimnisse herrschen vor, erklärt Boyarski. „Unser erstes Rätsel ist bekannt: Dunkle Materie. Zweitens haben wir gelernt, dass Neutrinos Masse haben, obwohl sie keine Masse haben sollten. Und schließlich gibt es viel mehr reguläre Materie als Antimaterie, obwohl wir davon ausgehen, dass es von beiden die gleiche Menge gibt.“ „
Das bedeutet, dass es neue Physik geben muss, die noch entdeckt werden muss, so der Professor. „Vielleicht handelt es sich nur um ein paar neue Teilchen. Es könnte sich aber auch um etwas Bahnbrechendes handeln, das von uns verlangt, die grundlegenden Konzepte der Physik zu überdenken.“
Bau eines riesigen Neutrinodetektors
Seit Jahrzehnten besteht der Ansatz zur Suche nach neuen Teilchen darin, immer größere Teilchenbeschleuniger zu bauen, wie den Large Hadron Collider am CERN. Der Bau dieser Maschinen erfordert viele Jahre und Ressourcen, aber bisher gibt es keine Anzeichen für die fehlende Physik, die Boyarsky anstrebt. „Es gibt eine andere Art von Experiment, die uns die Antworten geben könnte, nach denen wir suchen, aber sie wurde nie weiterverfolgt.“
Die bestehenden Anlagen konzentrieren sich auf die sogenannte Energiegrenze. Dies gilt für relativ schwere, kurzlebige Partikel. Sie kollidieren mit hoher Geschwindigkeit und sie zerfallen in andere Teilchen. Boyarsky und seine Kollegen schlagen vor, die Intensitätsgrenze zu erkunden. Die Hoffnung besteht darin, seltenere und leichtere Teilchen zu beobachten, die kaum mit irgendetwas interagieren. „Ich glaube, dass wir an jeder dieser Grenzen die gleiche Chance haben, die fehlende Physik zu finden.“
Der neue Detektor wird einen Protonenstrahl aus einer bestehenden Anlage am CERN nutzen und ihn auf ein speziell entwickeltes Ziel treffen. „Dadurch entstehen viele Partikel. Die bekannten werden herausgefiltert und wir werden sehen, was übrig bleibt. Hoffentlich neue Partikel“, sagt Boyarsky. „Unsere Herausforderung besteht jetzt darin, so schnell wie möglich mit dem Bau zu beginnen. Dies können wir nur tun, wenn die aktuelle Anlage zwischen den Zyklen stillgelegt wird. Die nächste Gelegenheit ist im Jahr 2026. Wenn wir sie verpassen, müssen wir weitere sechs Jahre warten.“
„Ich habe das Glück, an vielen spannenden Projekten arbeiten zu dürfen. Aber dies ist definitiv einer der wichtigsten Momente in meiner Karriere.“