Um es gleich zu sagen: Nach zwei vollgepackten Tagen weiss ich, dass das Lindauer Treffen viele exzellente Veranstaltungen zu bieten hat. Die Podiumsdiskussion "What will CERN teach us About the Dark Energy and Dark Matter of the Universe?" blieb hinter diesem hohen Standard leider etwas zurück.



Das fängt beim Thema an, das auf den ersten Blick spannend klingt, aber auf den zweiten eine gewisse Unvertrautheit mit der Materie nahelegt. Dunkle Materie und dunkle Energie haben bei näherer Betrachtung eben doch weniger gemeinsam, als das Adjektiv nahe legt, und dunkle Energie hat keinen direkten Bezug zu dem, was CERN mit seinem Teilchenbeschleuniger LHC erforscht. Mit-Diskutant Gerard 't Hooft machte mit diesem Teil des Veranstaltungstitels denn auch kurzen Prozess: Die Wahrscheinlichkeit, dass uns der LHC etwas über dunkle Energie beibringen könne, sei so extrem gering, dass er dazu gar nicht erst etwas sagen wolle. Thema verfehlt.

Waren die kurzen einführenden Vorträge von George Smoot und David Gross noch gute Zusammenfassungen gewesen (obschon auf eher hohem Niveau), war der Rest der Veranstaltung eher unstrukturiert, und trieb samt dem leicht überforderten Moderator mal hierhin, mal dorthin, mal zu dunkler Energie, mal zur dunklen Materie, mal zu ganz anderem (Quark-Gluon-Plasma? Wie kamen wir denn jetzt auf das Quark-Gluon-Plasma?). Das machte es natürlich nicht einfacher, den Argumenten zu diesen beiden ja durchaus nicht einfachen Themen zu folgen. Selbst dem Teilchenbeschleuniger — der LHC-Kontrollraum mit CERN-Forschungsdirektor Sergio Bertolucci war live dazu geschaltet — wurde es am Ende zu bunt: Unzeremoniell schickte er seine Protonenstrahlen in den Orkus ("Beam dump") und ging erst einmal für einige Stunden außer Betrieb.

Worum geht es? Schon vor über 70 Jahren bemerkte der Schweizer Astronom Fritz Zwicky (Paradebeispiel dafür, dass man viele zündende Ideen zur Wissenschaft beitragen kann, ohne dafür einen Nobelpreis zu bekommen), dass die Art und Weise, wie Galaxien in Galaxienhaufen durcheinanderfliegen, nahelegt, dass dort außer der durch ihr Leuchten nachgewiesenen Materie noch andere, dunkle Materie vorhanden sein sollte. Das war zunächst ein recht gewagter Schluss, aber seither sind viele weitere Indizien und Messungen dazu gekommen, und die dunkle Materie ist ein Standardbestandteil der heutigen kosmologischen Modelle: Die Art und Weise, wie sich Sterne in Spiralgalaxien bewegen, Spuren der dunklen Materie in der kosmischen Hintergrundstrahlung (dem "Echo des Urknalls") und, aus jüngerer Zeit, ein wunderschönes direktes Beispiel, der Bullet-Cluster, im folgenden Bild zu sehen (Bild: NASA/CXC/M. Weiss).

Was hier zu sehen ist, ist weit mehr als ein schönes (Falschfarben-)Bild. Es geht um zwei Galaxienhaufen, die frontal zusammengestoßen sind. Kurz gesagt: Die Gaswolken in diesen Haufen sind dabei tatsächlich ineinandergelaufen wie Autos beim Frontalzusammenstoß, und sind dementsprechend zusammengestaucht (im Bild: falschfarben-rosa eingefärbte Aufnahmen des Röntgensatelliten Chandra). Doch die meiste Masse der Galaxienhaufen leuchtet überhaupt nicht — sie lässt sich nur indirekt mit Hilfe des so genannten Gravitationslinseneffekts nachweisen und ist im Bild lila-bläulich eingezeichnet. Diese nicht leuchtende Masse ist bei der Kollision jeweils unbeeindruckt weiter gelaufen, ohne, dass es zu großartigen Wechselwirkungen gekommen wäre. Es handelt sich offenbar um die dunkle Materie der Galaxienhaufen, die sich auch in anderen Haufen nachweisen lässt, hier aber die üblicherweise zusätzlich auch noch vorhandene leuchtende Materie durch den Frontalzusammenstoß abgestreift hat. Eine beeindruckende Bestätigung unseres heutigen Bildes von Rolle und Eigenschaften der dunklen Materie.

Wie belastbar die Hinweise auf dunkle Materie im einzelnen sind, ist eine spannende Frage, zu der die Antworten aber leider in der Unordnung der Diskussion untergingen. Martinus Veltman, dessen Buch über Feynmangraphen ich im Studium sehr schätzen gelernt habe, und der hier zunächst als grantiger Neinsager aufgetreten war ("Ich habe es schon lange gesagt und bin immer noch der Meinung: dunkle Materie ist totaler Quatsch" — leider ohne nähere Begründung), brachte beispielsweise einen unorthodoxen Gegenvorschlag zur dunklen Materie (modifizierte Gravitationsgesetze) ins Spiel. Das wäre ein guter Ausgangspunkt für eine systematische Diskussion der verschiedenen Indizien gewesen, aber David Gross konnte das Stichwort "Bullet-Cluster" nur kurz in die Runde werfen, bevor es weiter ging; wer vorher nicht wusste, was es mit diesem Objekt auf sich hat, wird danach auch nicht viel schlauer gewesen sein.

Woraus besteht die dunkle Materie, teilchenphysikalisch gesprochen? Das ist das große Rätsel, zu dessen Lösung der LHC in der Tat beitragen könnte — wenn er eines der hypothetischen Teilchen erzeugt, die die Theoretiker als Dunkle-Materie-Kandidaten vorgeschlagen haben. Dafür, welches Teilchen das sein könnte, gibt es einige Möglichkeiten; allerdings gibt es keine belastbaren Voraussagen für die Massen dieser Teilchen. Man ist im wesentlichen darauf angewiesen, darauf zu warten, dass am LHC etwas passiert. Hierzu hatte die Runde einiges zu sagen, wenn es auch für nicht-physikalische Teilnehmer mitunter etwas zu technisch gewesen sein dürfte. Interessant war für mich, dass Carlo Rubbia, in der Diskussionsrunde der Vertreter der experimentellen Teilchenphysik, an einer interessanten Stelle der Diskussion, die zu diesem Zeitpunkt bereits wieder zu den anderen Zielen des LHC gedriftet war, recht pessimistisch war: Er räumte dem LHC nur minimale Chancen ein, das Higgs-Teilchen zu finden — eines der Hauptziele der LHC-Experimente. 

Mather, Rubbia, Veltman, 't Hooft

Zum zweiten Thema: dunkle Energie. Erstmals nachgewiesen durch Messungen dazu, wie die Expansion des Universums über die letzten Milliarden Jahre verlaufen ist. Bestätigt, einmal mehr, durch Messungen an der kosmischen Hintergrundstrahlung. Was ist die dunkle Energie? Keiner weiß es, und der LHC wird da auch nicht helfen können. Aus den herkömmlichen Teilchen-Theorien lässt sich zwar ein Energiewert herleiten. Der ist nur leider um mehr als 100 Größenordnungen zu groß. Die Diskrepanz ist unschön, aber sie könnte schlimmer sein, sprich: Sie könnte aus einem wohlverstandenen Teil der Theorie zwangsläufig folgen, und dann hätten die Teilchenphysiker wirklich ein Problem. Stattdessen ist bei den Rechnungen, die auf den viel zu großen Wert führen, mitnichten klar, dass sie ernstzunehmende Ableitungen aus der Theorie sind. Wir haben, das wurde in der Diskussion dann noch mehrfach betont, ein theoretisches Problem.

Ein kluger Zuhörer fragte später, ob denn sicher sei, dass die dunkle Energie (auch bekannt als kosmologische Konstante) überhaupt in dieser Weise aus der Teilchenphysik hervorgehen sollte, oder ob es sich schlicht um eine globale neue Eigenschaft des Kosmos handeln könnte (wir wissen es nicht). Dass es auch andere interessante Ansätze gibt, etwa, ob die kosmologische Konstante direkt daraus folgt, wie wir in unseren kosmologischen Modellen aus einem auf kleineren Größen inhomogenen Universum ein durchschnittlich homogenes Universum machen, blieben außen vor — dafür saßen wohl auch nicht die richtigen Diskutanten auf der Bühne.

Insgesamt harmonierte der unbefriedigende Verlauf der Veranstaltung dann doch auf subtile Art und Weise mit dem ebenfalls nicht recht systematischen im-Dunkeln-Tappen der modernen Physik, wenn es um dunkle Materie und dunkle Energie geht. Und wenn wir Glück haben, wird es hier wie dort in den kommenden Jahren echte Verbesserungen geben!