Cern liefert ersten direkten Hinweis auf Lichtteilchen-Kollision

17.08.2017 - Schweiz

(dpa) Physiker haben erstmals direkte Hinweise auf eine Kollision von Lichtteilchen gefunden. Am weltgrößten Teilchenbeschleuniger des europäischen Kernforschungszentrums (Cern) in Genf wurden unter vier Milliarden Kollisionen von Blei-Ionen 13 solche Ereignisse erfasst. Für die Feststellung, dass die Kollision definitiv beobachtet wurde, fehlen nach den hohen Standards der Physiker noch einige weitere Ereignisse. Die Beteiligten des Atlas-Experiments am Cern rechnen bei den nächsten Experimenten mit Blei-Ionen Ende 2018 damit, wie der stellvertretende Leiter des Experiments, Andreas Hoecker, am Montag sagte.

Die in der Fachzeitschrift «Nature Physics» veröffentlichten Ergebnisse gelten jetzt schon als Meilenstein. Sie resultierten aus Experimenten im Jahr 2015. So lange dauerte es, die ungeheuren Datenmengen auszuwerten und zu verifizieren.

Das klassische Verständnis der 150 Jahre alten Maxwell-Gleichungen zum Verständnis von Elektromagnetismus war, dass Lichtstrahlen sich nicht gegenseitig beeinflussen. Quantenphysiker berechneten allerdings vor rund 80 Jahren, dass Lichtteilchen, die Photonen, unter bestimmten Bedingungen doch eine Wechselwirkung entwickeln können. Solche Wechselwirkungen waren seit den 70er Jahren schon indirekt gemessen worden.

Das Experiment mit den Blei-Ionen im Teilchenbeschleuniger hat eigentlich ein anderes Ziel: Physiker untersuchen damit ein Plasma, wie es zu Anfang des Universums aus stark wechselwirkenden Teilchen vorhanden war, wie Hoecker sagte. Die Suche nach Hinweisen auf Lichtteilchen-Kollisionen war ein Nebenprodukt.

Bei dem Experiment werden Blei-Ionen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf Kollisionskurs gebracht. Wenn sie dabei sehr knapp aneinander vorbeirasen, entsteht ein großes elektromagnetisches Feld, das quasi realen hochenergetischen Photonen entspricht. Durch die Erzeugung und sofortige Vernichtung virtueller Paare sogenannter Elektronen und Positronen entsteht die Wechselwirkung der Photonen der beiden aufeinanderzugerasten Blei-Ionen.

Diese Ereignisse seien sehr selten, sagte Hoecker. Dass sich daraus ein praktischer Nutzen etwa für den Quantencomputer ergibt, bezweifelt er. Dennoch: «Es könnte sein, dass nicht nur Elektronen und Positronen, sondern auch schwerere, noch unbekannte Teilchen produziert werden. Das nachzuweisen wäre eine revolutionäre neue Physik», sagte er.