Dies ist die zweite dokumentierte Reise zum CERN. Die erste fand unter der Leitung meiner Frau und mir im Jahre 2011 statt.

Auch diesmal besuchten wir CERN und im benachbarten Ferney das Schlösschen Voltaires. Ich hatte damals zu beiden Besichtigungen Einführungen verfasst und sie auf der Busreise vorgelesen. Die alten Texte habe ich hervorgeholt und den einen wesentlich, den andern unwesentlich überarbeitet.

Zunächst werde ich Ihnen etwas Neues bringen, Ihnen einen Überblick über die Anfänge der modernen Physik und deren Entwicklung bis in die Jetztzeit gaben.

Ausgang des 19. Jahrhunderts betrachteten viele Naturwissenschaftler die Physik mit der Mechanik Newtons und den Maxwellschen Gleichungen der Elektrizität als eine abgeschlossene Disziplin.

Da öffnete sich 1895 mit Wilhelm Conrad Röntgens Entdeckung einer neuen Art von Strahlen die Tür zu einer „neuen“ Physik einen Spalt.

Henry Becquerel entdeckte 1896 den Atomzerfall, die natürliche Radioaktivität des Urans, verursacht durch eine unbekannte Kraft.

Rätselhaft war auch die Erkenntnis Max Plancks um 1900, dass leuchtender Körper Licht nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Energiepaketen abstrahlen.

Albert Einstein hatte 1905 mit der Formulierung der Relativitätstheorien sein annus mirabilis.  Sein Kommentar: Das Relativitätsprinzip im Zusammenhang mit den Maxwellschen Grundgleichungen verlangt nämlich, dass die Masse direkt ein Maß für die im Körper enthaltene Energie ist, d.h., E=m·c² …. Diese Überlegung ist lustig und bestechend; aber ob der Herrgott nicht darüber lacht und mich an der Nase herumgeführt hat, das kann ich nicht wissen

Die Gültigkeit der Relativitätstheorie wurde bald durch Experimente bestätigt.

1914 formulierte Nils Bohr ein Atommodell, welches sich an die Planetenbahnen orientierte: leichte Elektonen  „umkreisen" schwere Atomkerne.

Die auf Plancks Ideen aufbauende Quantenmechanik entstand Anfang der 1920er mit der Erkenntnis, dass das Bohrsche Atommodell fundamentalen Grundsätzen der Physik widersprach.

Deutschland war damals die Hochburg der Physik. In den Zwanziger Jahre des letzten Jahrhunderts studierten nicht nur viele Ausländer, sondern sie forschten auch in leitenden Stellungen an Universitäten und Instituten. So z. B. der Holländer Pieter Debye, der Schweizer Felix Bloch, die Italiener Gian Carlo Wick und Edoardo Amaldi, die Österreicher Lise Meitner, die bekannte Mitarbeiterin Otto Hahns, die dem Chemiker häufig sagte: Hähnchen, die Physik ist für dich viel zu schwer, Otto Frisch, Fritz Houtermans, Georg Placzek und Victor Weißkopf sowie die Ungarn Eugen Wigner, Leo Szilard und Eduard Teller, der in Leipzig bei Heisenberg promovierte. Die Ungarn kamen in den 20-erJahren nach Deutschland, weil ihnen als Juden in ihrem Land das Physikstudium verwehrt war. Die lingua franca der Naturwissenschaften war damals deutsch.

Speziell die Universität Göttingen wurde in dieser Zeit zum Mekka der modernen Physik, weil hier die mathematische Fakultät mit David Hilbert, Richard Courant, Hermann Weyl und Johann von Neumann die notwendigen Rechenwerkzeuge für die Physiker entwickelte.

Werner Heisenberg, Assistent bei Max Born, griff die Idee Nils Bohrs auf, und viele junge Wissenschaftler schufen bei der Bohrfestspielen in Göttingen in den 1920er Jahren die Grundlagen einer neuen Mechanik, die in den Dimensionen der Atome gültig ist, die Quantenmechanik.

Das nun hundertjährige Jubiläum der Quantenmechanik wird, gemessen an anderen Gedenkveranstaltungen, zu wenig gewürdigt, hat diese neue Physik doch unser Weltbild entscheidend beeinflusst. Die Quatnemechanik als mathematische Beschreibung der aleatorischen Vorgänge im Kleinsten widerspricht unserer menschlichen Vorstellung.

Einstein war besonders erschüttert über diese neue Theorie, Von ihm stammt das berühmte Wort: Gott würfelt nicht.

Diesen speziellen Aspekt der Physik behandelte ich in einem Aufsatz Über das Verstehen in der Physik.

Es gehört heute zum Allgemeinwissen, dass im Jahre 1938 Otto Hahn die Kernspaltung entdeckte, bei der riesige Energiemengen freigesetzt werden. Dies berechnet seine damalige Assistentin Lise Meitner, - sie war als Jüdin bereits im Exil in Schweden - beeindruckend.

Es wird mir immer ein Rätsel bleiben, warum Frau Meinter für ihre bahnbrechenden Forschungen keinen Nobelpreis bekam. Die Entdeckung der Kernspaltung führte schließlich zur Entwicklung und dem Abwurf der Atombombe.

Zur Frage einer deutschen Atombombe verweise ich auf meinen Vortrag 2004 in der Museumsgesellschaft. über den Mythos einer deutschen Atombombe

Genaue Erkenntnisse über die Struktur der Materie innerhalb der Atomkerne, lassen sich mit höheren Energien als den dort herrschenden erreichen. Neben der Kernspaltung bezeichnet man das Zerplatzen von Atomen beim Beschluss mit Teilchen, d.h., Protonen oder Elektronen hoher Energie als Spallation.

Mit dem Anstieg der Energien in immer größeren Beschleunigern fanden sich neue unbekannte Teilchen, so dass man in den 1950er Jahren vom Teilchenzoo sprach.

The eightfold way

Nun schlug die Stunde der theoretischen Physiker, die die neuen Teilchen in geordnete Schemata pressten.

Der amerikanische Physiker Murray Gell-Man, verfolgte dagegen die Idee kleinster Teilchen den  „Quarks", wobei drei von ihnen etwa das Proton bilden. Er entlehnte das Wort dem Roman „Finnegans Wake" von James Joyce. Dort findet sich der Reim  „Three quarks for Muster Marks“.

Eine eindrucksvolle Darstellung des Standardmodells, bei dem das Higgs als God particvle
 das Zentrum bildet umgeben von den intermediären Bosonen.

Mit den Quarks entwickelte sich das Standardmodell, ein Schema, in dem alle bisher bekannten Teilchen ihrem Platz finden.

Ich nehme an, Professor Jakobs wird uns die Standardtheorie - wie er das Standardmodell nennt - ähnlich seinem Vortrag in der Museumsgesellschaft im Januar letzten Jahres noch einmal vorstellen.

Anfänglich gab einige Leerstellen in dem Modell, die die Experimentalphysiker nach und nach füllten. 1983 wiesen Carlo Rubia und Simon van der Meer am CERN die intermediären Bosonen W und Z nach.

Carlo stellte am 2. April 1983 im überfüllten CERN Auditorium das W-Bosen
mit einer Masse von 81 ± 5 GeV/c² vor. Der genaue Wert ist jetzt  80,379 GeV/c².

Carlo and Simon im Frack

Als Schlussstein der Standardtheorie wurde 2012 im CERN das Higgs Boson nachgewiesen. Es gibt allen übrigen Elementarteilchen die Masse und wird deshalb auch als Gottesteilchen bezeichnet.

Apotheose im CERN Auditorium mit Generaldirektor Rolf Heuer auf die Leinwand starrend
 und der jetzigen Generaldirektorin Fabiola Gianotti im roten T-Shirt.

CERN Cheftheoretiker John Ellis  mit der mathematischen Formulierung der Standardtheorie.
.©Open Knowledge Foundtion

Nach der Vervollständigung des Standardmodells suchen Physikern ihren Messdaten nach einer „neuen Physik“, kann man doch mit Standardmodell die Massen der verschiedenen Teilchen nicht „berechnen“

©Perscheid

Während sich die theoretischen Physiker mit immer neuen Theorien hervortun, für die experimentelle Beweise fehlen, mühen sich die Experimentalpysiker am CERN seit mehr als zwölf Jahren, etwas Neues zu fnden.

Nach seinem Vortrag in der Museumsgesellschaft fragte ich Prof. Jakobs nach der Frustration der Experimentalphysiker am CERN. Er war nicht amused, sondern erklärte uns, dass es auf eine genaue experimentelle Vermessung des Higgs ankommt. Kleine Unterschiede zwischen dem experimentellen und theoretischen Wert des Bosons lassen eine „neue“ Physik vermuten.

Verschieden Forschergruppen meinten dann auch, „etwas" gefunden zu haben, was sich im Nachhinein als Messungenauigkeit herausstellte.

Wie dem auch sei. Heute steht die sehr teure Hochenergiephysik finanziell in Konkurrenz mit der nicht ganz so teuren Astrophysik, deren neue Weltraumteleskope tiefe Einblicke in die Entstehung unseres Kosmos ermöglichen. In der Kosmologie gibt es noch viel zu entdecken.

Um die sakrosankte Allgemeine Relativitätstheorie Einsteins mit den astronomischen Beobachtungen in Einklang zu bringen - um etwa die beschleunigte Ausdehnung unseres Weltalls zu erklären - füllten die Astrophysiker das Weltall mit dunkler Energie und dunkler Materie.

Es ist unschön. dass die uns bekannten Massen nur ein Bruchteil der dunklen Teile ausmachen. Nach der dunklen Energie und der dunklen Materie wird fieberhaft gefahndet, doch bisher ohne Erfolg.

Da passt es, dass einige neuere Beobachtungsergebnisse mit den Weltraumteleskopen, die dunkle Materie verschwinden lassen, andere Beobachtungen die dunkle Energie. Nur beides gleichzeitig geht nicht. Die Forschergruppen schließen ehrlich, dass ihre Ergebnisse nicht ausreichen, eine neue Kosmologie zu formulieren,

So leben wir weiterhin mit dunklen Energien und dunklen Materien. Wäre es nicht eine Krönung, diese beiden Hilfsgrößen zu eliminieren und damit die Allgemeine Relativitätstheorie Einsteins in ihrer ganzen Schönheit zum Leuchten zu bringen?