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Rätsel des Universums

Auftakt der Sommeruni: Der Physiker als Detektiv

Das riesige Universum besteht zu 85 Prozent aus unbekannter Masse. Um ihr auf die Spur zu kommen, suchen Physiker nach winzigen Elementarteilchen. Viel haben sie noch nicht gefunden. Aber allein ihre Detektivarbeit bot gestern spannenden Stoff für die erste Vorlesung der Tübinger Sommeruni.

31.07.2012
  • Ulrike Pfeil

Tübingen. Der Hörsaal bis auf den letzten Platz besetzt, großenteils ältere Hörer, viele informierte Laien. Wie Hermann Baur, der bis vor kurzem in der Uni-Verwaltung für das Beschaffungswesen zuständig war, jetzt in Altersteilzeit. Für Astrophysik interessiert er sich seit seiner Kindheit, regelmäßig besucht er die Sternwarte. Dem vortragenden Experimentalphysiker Prof. Josef Jochum hat er schon mal ein Großgerät für zwei Millionen Euro bestellt. Aus Esslingen ist sein Freund Peter Schuster angereist. Das reizt sie an der Sommeruni: „Mehr über Dinge zu erfahren, von denen man nur oberflächlich Ahnung hat.“

Erst vor kurzem machte ja das Higgs-Teilchen Schlagzeilen, ein Winzling, für dessen Entdeckung ein riesiger Beschleuniger in Genf gebaut werden musste. Physikprofessor Jochum ist noch nicht sicher, ob das Higgs die Erwartungen erfüllt. Vielleicht geht es den Forschern da ähnlich wie mit dem Neutrino. Dieses Teilchen war lange Zeit neben Proton, Neutron und Elektron das unbekannte Vierte im Atom. Oder, wie Jochum es launig mit einer Familie verglich, „unser Nesthäkchen“: ein bisschen mickrig, mit oft komischem Verhalten, aber „alles dreht sich nur um das Kleine“. Auch in der Forschung.

Mathematisch ist das Universum bereits durchschaut und, so Jochum, „erstaunlich genau“ berechnet. Man weiß ziemlich exakt, was man nicht weiß beziehungsweise nicht kennt: Nämlich 85 Prozent der Masse, die nötig ist, um die Gravitation und das gebremste Tempo der Bewegung von Planeten und Galaxien zu erklären. Für diese errechnete Dichte ist die unbekannte, die „dunkle Materie“ verantwortlich. Dunkel, weil sie kein Licht aussendet, also unsichtbar ist.

Lange Zeit, bis vor etwa 15 Jahren, galt das Neutrino als des Rätsels Lösung. Neben der Strahlung ist es das zweithäufigste Teilchen im Universum. Doch das Neutrino enttäuschte die Forscher. Nach der intensiven Vermessung des Universums (mittlerweile ist ein Achtel des sichtbaren Weltalls kartografiert) stellte sich in Computersimulationen heraus, dass Neutrinos zu leicht wären, um die ausgeprägten Verdichtungen oder „Verklumpungen“ seit dem Urknall vor 13 Milliarden Jahren zu erklären: die schönen Strukturen von Sonnensystemen und Galaxien.

„Neutrinos bremsen die Strukturbildung“, erklärte Jochum. Sie könnten allenfalls einen Beitrag von zwei Prozent zur Verdichtung leisten. Illusionslos folgert der Experimentalphysiker: „Damit sind wir am Ende unseres Lateins. Das Neutrino war eigentlich schon zu gut, aber es ist zu leicht und zu schnell.“

Leicht und schnell geben die Physiker nicht auf. Jochum sucht zusammen mit Kollegen unter extremen Laborbedingungen weiter nach schweren Teilchen von sehr schwacher elektromagnetischer Wechselwirkung (die englische Abkürzung „wimp“ bedeutet witzigerweise auch Feigling). Im Gegensatz zum Teilchenbeschleuniger setzt er auf eine ultraempfindliche Sensorik.

Der störungsfreie Reinraum, um den winzigen Impuls zu erspüren, der vielleicht alle paar Wochen einen Atomkern in einem Kilogramm Material anschubst, befindet sich tief im Gran-Sasso-Massiv in den Abruzzen, im weltgrößten Untergrundlabor. Für die Abschirmung gegen kosmische Strahlung werden zusätzlich Bleiziegel von alten römischen Galeeren verwendet, die Jahrhunderte im Mittelmeer lagerten. Bisher waren die Ausschläge der hochsensiblen Detektoren aber immer nur irgendwelche Störungen.

„Wir wissen aufs Prozent genau, wie viel dunkle Materie vorhanden sein muss, aber wir verstehen den Energieaufbau nicht“, sagt Jochum. Entmutigt? Im Gegenteil: „Das macht es spannend.“

Im Kern geht es nämlich um die Überprüfung eines Weltbilds. Weshalb Jochum die Physik auch als eine Geisteswissenschaft bezeichnet. Das wird die polnische Philosophin Barbara Grondkowska gern gehört haben, die gerade als Austauschstudentin der Uni Lublin in Tübingen ist. Sie kam zur Sommeruni-Vorlesung, weil sie sich für die Erkenntnisse der Naturwissenschaftler über das All interessiert. Ihren kleinen Sohn Jan brachte sie im Buggy mit. Er war unauffällig wie ein Neutrino.

Auftakt der Sommeruni: Der Physiker als Detektiv
Wo versteckt sich die „dunkle Materie“? Experimentalphysiker Prof. Josef Jochum (rechts) führte die Hörer der Sommeruni vom Urknall bis ins Tunnel-Labor. Bild: Metz

Morgens in die Vorlesung, nachmittags zur Stadtführung, abends Sommerkino, -theater, Konzert oder auf der Sommerinsel schlemmen – so skizzierte Uni-Prorektorin Stefanie Gropper gestern die Möglichkeiten eines Tübinger Bildungsurlaubs.
Die Tübinger Sommeruni – ein Kooperationsprojekt zwischen städtischem Kulturamt und Universität – ist ein bundesweit bisher einmaliges Angebot. Im Gegensatz zu den üblichen akademischen Sommerkursen ist ihre Zielgruppe die breite interessierte Öffentlichkeit. Noch diese und nächste Woche halten jeweils um 10.15 Uhr im Hörsaal des Theologikums, Liebermeisterstraße 12, Tübinger Professor(inn)en Vorträge aus ihrem Fachgebiet: Am heutigen Dienstag, 31. Juli, spricht der Immunologe Prof. Hans-Georg Rammensee über die Entwicklung therapeutischer Krebsimpfstoffe, am morgigen Mittwoch der Humangeograf Prof. Rainer Rothfuß über „Ein Jahr Südsudan“, die Perspektiven eines jungen Staates.

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31.07.2012, 12:00 Uhr

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