Am 5. April 2025 wurde am CERN in Los Angeles der renommierten „Breakthrough Prize in Fundamental Physics“ verliehen. Diese Auszeichnung erkennt die herausragenden Beiträge zu den vier großen Experimenten am Large Hadron Collider (LHC) an: ATLAS, CMS, ALICE und LHCb. Die Leistungen unserer internationalen Forschungsgemeinschaft, die aus über 10.000 Wissenschaftler*innen aus mehr als 70 Ländern besteht, sind nicht nur beeindruckend, sondern auch von zentraler Bedeutung für unser Verständnis des Universums. Laut der TU Dortmund sind bis heute wesentliche Entdeckungen im Bereich der Teilchenphysik gemacht worden.
Mit dem Hochenergie-Beschleuniger im unterirdischen 27-Kilometer-Tunnel werden Protonenpakete auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Bei Kollisionen entstehen unzählige Elementarteilchen, deren Energien und Zerfallsprozesse mithilfe riesiger Detektoren präzise gemessen werden. Besonders der ATLAS Detektor hat in der Vergangenheit sowohl das Higgs-Boson entdeckt als auch dessen Eigenschaften eingehend untersucht. Mit den jüngsten Erkenntnissen aus den Daten bis Juli 2024, auf die die Auszeichnung Bezug nimmt, haben die Gruppen entscheidende Fortschritte in der Teilchenphysik erzielt, wie CERN berichtet.
Die Bedeutung der Experimente
Besonders hervorzuheben sind die Leistungen der ALICE-, ATLAS-, CMS- und LHCb-Kooperationen. Sie haben nicht nur die Eigenschaften des Higgs-Bosons in detaillierten Messungen bestätigt, sondern auch neue stark wechselwirkende Teilchen entdeckt und die Materie-Antimaterie-Asymmetrie erforscht. Die Generaldirektorin von CERN, Fabiola Gianotti, äußerte Stolz über die Anerkennung der Leistungen der LHC-Kooperationen, was die internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft betont. Das Preisgeld von 3 Millionen US-Dollar wird an die CERN & Society Foundation gespendet, um Stipendien für Doktoranden zu finanzieren, die am CERN forschen möchten.
Das Higgs-Boson, dessen Entdeckung am 4. Juli 2012 von den ATLAS- und CMS-Kollaborationen zum zehnjährigen Jubiläum gefeiert wird, spielt eine entscheidende Rolle in der modernen Teilchenphysik. Es verleiht Elementarteilchen ihre Masse und ist ein zentrales Element des Standardmodells. Dessen Eigenschaften wurden durch Daten zu Zerfallsvorgängen in Photonen bestätigt. Es besteht jedoch weiterhin Forschungsbedarf, um die vollständigen Auswirkungen des Higgs-Feldes zu verstehen. Wie CERN anmerkt, war der letzte Datensatz nur ein Bruchteil einer weit größeren Menge an Informationen, die der Collider bereitstellen kann.
Blick in die Zukunft
Ab 2030 plant CERN ein großes Upgrade des LHC, das als Hochluminositäts-LHC bekannt ist. Dieses Upgrade wird die Entdeckungspotentiale wesentlich steigern und es ermöglichen, die verbleibenden Rätsel der Teilchenphysik weiter zu erkunden. Forscher setzen sich mit Fragen auseinander, ob das Higgs-Feld auch leichteren Fermionen Masse verleiht und ob es mit Dunkler Materie interagiert. Die Zusammenarbeit zwischen vielen Institutionen und die Ambitionen für zukünftige Projekte wie den „Future Circular Collider“ zeigen das Engagement der globalen wissenschaftlichen Gemeinschaft, grundlegende Fragen der Physik zu beantworten.
Die Entwicklungen am LHC sind nicht nur für die Grundwissenschaft von Bedeutung; sie haben in der Vergangenheit auch weitreichende technologische Fortschritte, wie das World Wide Web und PET-Scanner, hervorgebracht. Somit ist die Forschung am CERN nicht nur eine Suche nach den fundamentalen Bausteinen der Materie, sondern auch eine Investition in unser zukünftiges Wissen und unsere Technologien.
