Hans Jörg Müllenmeister

Die kürzliche Inbetriebnahme des LHC-Teilchenbeschleunigers (Large Hadron Collider) in Genf bewegt gleichermaßen die Gemüter von Teilchenphysikern und Öffentlichkeit. Helle Aufregung! Man befürchtet ernsthaft, die künstlich erzeugten Schwarzen Löcher könnten die Welt verschlingen. Das Für und Wider dieser Spekulation wird heiß diskutiert.

Was verspricht man sich von den Experimenten am LHC? Sie sollen unser Verständnis der Materie und ihrer Wechselwirkungen erweitern: vor allem der Nachweis der "Gottesteilchen", den Higgs, mit dem die Existenz von Masse in unserem Universum erklärt wird. Zudem ist man supersymmetrischen Teilchen auf der Spur. Damit gelänge es, die verschiedenen Elementarkräfte auf eine Urkraft zurückzuführen. Aber auch das Aufdecken neuer spektakulärer Phänomene wie weitere Raumdimensionen, wären denkbar. Sollte unser Universum in mehr als drei Raumdimensionen existieren, ließen sich im Teilchenbeschleuniger winzig kleine schwarze Löcher erzeugen. Die Entdeckung dieser exotischen Gebilde wäre eine wissenschaftliche Sensation.

Wir glauben in einer Welt zu leben mit drei Raumdimensionen. Zu diesen gesellt sich nach Einstein die Zeit als vierte Dimension hinzu. Indessen ist das scheinbar unerschütterliche Fundament unseres Weltbilds fraglich. Die Physik hält Theorien bereit, die besagen, dass unser Universum noch weitere verborgene Raumdimensionen besitzt. Sind diese Extradimensionen experimentell nachweisbar? Nur wenn es gelingt durch hochenergetische Teilchenkollisionen winzige schwarze Löcher zu erzeugen, wäre das der Beweis, dass sich das Universum über weit mehr Dimensionen erstreckt. Dazu bedarf es einer gigantischen Mindestenergie, der so genannten Planck-Energie.

Im LHC prallen Protonen mit höchster Energien aufeinander. Ein schwarzes Loch im Miniformat könnte dabei entstehen, wenn zwei hochenergetische Bausteine des Protons - Gluonen oder Quarks - einander so nahe kommen, dass ihre Gravitationskraft sie fesselt.
Aber was passiert dann mit den erzeugten mikroskopisch kleinen Schwarzen Löchern? Saugen sie, ähnlich wie die Giganten in den Tiefen des Weltalls, die umliegende Materie an, werden sie zu erdverschlingenden Monstern? Das ist wirklich fraglich, und hier scheiden sich die Geister. Stephen Hawking sagte vorher, dass Schwarze Löcher aufgrund der so genannten Quantenfluktuationen auch Teilchen abstrahlen. Das passiert, wenn am Rande eines Schwarzen Lochs ein virtuelles Quantenpaar entsteht: Fällt so ein virtuelles Teilchen in das Schwarze Loch, kann das andere dem Gravitationsfeld als reales Teilchen entkommen und so einen Teil der Masse des schwarzen Lochs "evakuieren".

Nach Stephen Hawking wächst diese Teilchenabstrahlung mit kleiner werdenden Masse des Schwarzen Lochs. Dieses strahlt also besonders intensiv und zerfällt deshalb in kürzester Zeit in eine Vielzahl von Teilchen. So beträgt die Lebensdauer dieses Gebildes weniger als 10 hoch Minus 26 Sekunden - so unvorstellbar gering, dass ein Schwarzes Loch kaum in aller Eile Materie aus der Umgebung aufzusammeln könnte.

Detektorisch könnte man mikroskopisch kleine Schwarze Löcher durch ihre charakteristischen Zerfallsmuster nachweisen. Dabei würden alle uns bekannten Elementarbausteine gebildet, also eine Vielzahl von Quarks, sichtbar als Teilchenjets und Leptonen. Ein eindeutiger Hinweis darauf, dass es sich um diese kleinen Monster handelt, wäre der rapide Anstieg der Produktionsrate solcher Ereignisse. Wir wollen den Advocatus Diaboli spielen in der wichtigste Frage: Können wir wirklich sicher sein, dass "handgemachte" Schwarze Löcher unsere Erde nicht bedrohen? Dafür gibt es zwei Argumente: die Existenz der so genannten Hawking-Strahlung und das natürliche Vorkommen hochenergetischer Proton-Proton-Kollisionen in der kosmischen Strahlung.

Die Hawking-Strahlung fordert die Existenz eines so genannten Ereignishorizonts. Dadurch ist erst ein schwarzes Loch definiert. Innerhalb dieser Grenze kann das Licht dem Gravitationsfeld nicht mehr entweichen. Ohne diese Strahlung gäbe es keine Schwarzen Löcher; existiert sie aber, so müssten diese augenblicklich zerfallen.

Hochenergetisch erzeugte Teilchenkollisionen kommen in der Natur längst vor, nämlich da, wo z.B. energiereiche Protonen aus der kosmischen Strahlung auf die Erdatmosphäre treffen. Der auf uns herab prasselnde Teilchenschauer sollte, wenn dieser in der Tat existiert, auch kleine schwarze Löcher enthalten. Offensichtlich haben die uns bis heute nicht geschadet. Ebenso können zwei Protonen der kosmischen Strahlung im Weltraum aufeinander stoßen. Auch hier würden kleine schwarze Löcher entstehen. Wären sie gefährlich, könnten sie Sterne verschlingen. Bei einem derartigen Kollisionsereignis wäre eine riesige Explosion ähnlich einer Supernova wahrnehmbar. In Wirklichkeit hat man bisher nur sehr wenige Supernovae beobachtet. Auch eine Proton-Proton-Reaktionen führt wohl nicht zu einem weltverschlingenden Ereignis. Gäbe es im Kosmos weitere Intelligenzen unseres Formats, so hätten auch sie sich längst auf der Suche nach den Gottesteilchen gemacht. Lauter Explosionen am Himmel würden von ihrem Schiffsbruch künden, einmal ein Schwarzes Loch kreiert zu haben.

Vielleicht sollten wir durch unsere Teilchen-Experimente nicht versuchen, der Schöpfung in ihr Wirken und Handeln zu pfuschen. Der Schuß - die Zeit - könnte nach hinten losgehen!

© Hans-Jörg Müllenmeister