Der 4. Juli 2012 zählt zu den Sternstunden der Physik. Damals gab Cern-Direktor Rolf Heuer bekannt, der Large Hadron Collider (LHC) in Genf habe das ersehnte Higgs-Teilchen gefunden. Doch damit ist die Mission des weltweit größten Beschleunigers noch nicht beendet. Nach einem zweijährigen Umbau läuft der 27-Kilometer-Ring nun mit nahezu doppelter Energie wieder an. Den Wissenschaftlern soll er erneut Glücksmomente bescheren – wenn er eine höchst exotische, bislang unentdeckte Teilchengattung aufspürt: Susy-Teilchen könnten erklären, was hinter der rätselhaften dunklen Materie steckt, und warum die Milchstraße überhaupt zusammenhält.

Mit der Higgs-Entdeckung war das derzeitige Theoriegebäude der Physik, das Standardmodell, komplett. In diesem Puzzle bildete das Higgs den letzten noch fehlenden Baustein, denn es hilft den anderen Elementarteilchen dabei, zu ihrer Masse zu kommen. Damit hatte der LHC eines seiner beiden Ziele erreicht. Noch dazu erhielten Peter Higgs und François Englert, die den Higgs-Mechanismus in den 60er-Jahren ersonnen hatten, im Jahr 2013 den Nobelpreis für Physik. Das andere Ziel des LHC steht noch aus: der Vorstoß zu einer neuen, bislang hypothetischen Physik. Denn das Standardmodell ist nicht perfekt. Insbesondere vermag es nicht zu erklären, was hinter der ominösen dunklen Materie steckt, die es überall im Kosmos zu geben scheint, und die ganz offenbar die Galaxien zusammenhält wie ein unsichtbarer Klebstoff.

Erklären könnte das die spekulative Theorie der Supersymmetrie, kurz Susy. Mathematisch gesehen würde sie mehr Ordnung in die Welt bringen. Mehr sogar als das prominenteste Regelwerk der Wissenschaft, Einsteins Relativitätstheorie. Diese basiert auf dem Grundsatz, dass die Gesetze der Physik immer und überall gleich sind: Das Licht bewegt sich stets gleich schnell – ob in Berlin oder auf dem Mond, ob in der Steinzeit oder in hunderttausend Jahren. Mathematisch gesehen, sind Einsteins Formeln, inklusive des berühmten E=mc2 , hochsymmetrisch. Die Experten sprechen bei dieser Raum-Zeit-Symmetrie von einer äußeren Symmetrie.

Doch als die Physiker die Quantenwelt der Atome und subatomaren Teilchen erkundeten, stießen sie auf eine weitere Klasse von Symmetrien, die inneren Symmetrien. Diese stecken hinter jenen Naturkräften, die das Geschehen im Mikrokosmos beherrschen. Ein Beispiel ist die elektromagnetische Kraft, die zwischen Elektronen und Atomkernen herrscht und sämtliche Prozesse in der Chemie bestimmt. Das Standardmodell behandelt innere und äußere Symmetrien unabhängig voneinander – für Forscher höchst unbefriedigend. „Schon in den 70er-Jahren tauchte die Frage auf, ob es einen Zusammenhang zwischen beiden gibt“, sagt Georg Weiglein vom Forschungszentrum Desy in Hamburg. „Die Antwort ist die Supersymmetrie. Sie ist die einzige mathematische Möglichkeit, innere und äußere Symmetrien unter einen Hut zu bekommen.“

Aber: Das Wesen von Susy ist hoch abstrakt. Es hat mit einer bestimmten Quanteneigenschaft der Elementarteilchen zu tun – dem Spin. Bildlich gesprochen entspricht der Spin dem Eigendrall eines Teilchens. Bei Susy bezieht man diesen Spin in die Raumzeit mit ein – und landet in einer hochkomplexen Raumzeit, dem „Superraum“.

Das Spektakuläre: In diesem Superraum müsste jedes bekannte Teilchen einen schweren, exotischen Partner besitzen. Ein Quark etwa hätte ein Squark als Pendant, ein Elektron das Selektron, ein Photon das Photino. Damit wäre der Teilchenzoo des Standardmodells glatt verdoppelt. Würde man die Superpartner aufspüren können – Susy wäre zweifelsfrei bewiesen.

Doch was wäre mit der neuen Theorie gewonnen, welche Fortschritte brächte sie? Zunächst wäre die Beschreibung der Natur eleganter als jemals zuvor: Nicht mehr nur Raum und Zeit wären symmetrisch, sondern zusätzlich auch Kräfte und Materie – mathematisch gesehen ein hochsymmetrischer Zustand.

Ein weiteres Plus: „Im Standardmodell sind die Grundkräfte der Teilchenphysik unterschiedlich stark“, sagt der Physiker Herbert Dreiner von der Universität Bonn. „Die Supersymmetrie legt nahe, dass sie kurz nach dem Urknall gleich stark gewesen sind, also aus einer einzigen Urkraft hervorgegangen sind.“ Damit könnte die Supersymmetrie ein Meilenstein für ein zentrales Ziel der Physik darstellen – die Vereinheitlichung der Grundkräfte. Und schließlich könnte Susy das Geheimnis der Dunklen Materie lüften. Diese soll hinter einem der größten Probleme der Astronomie stecken: Die Ausläufer von Spiralgalaxien rotieren so schnell um deren Zentrum, dass sie eigentlich schon längst hätten weggeschleudert sein müssen. Doch etwas scheint sie wie unsichtbarer Klebstoff an den Galaxienkern zu binden – eine unbekannte, dunkle Materieform, die ihre Umgebung ausschließlich kraft ihrer Gravitation beeinflusst.

Rein rechnerisch dürfte diese dunkle Materie fünf Mal häufiger im Kosmos vorkommen als gewöhnliche Materie. Nur: Woraus sie besteht, ist nach wie vor ein Rätsel. Die Supersymmetrie verspricht eine Antwort: „Beim leichtesten Susy-Teilchen könnte es sich um ein Neutralino handeln, ein stabiles Teilchen, das nicht weiter zerfällt“, sagt Georg Weiglein. „Damit wäre es ein guter Kandidat für die dunkle Materie.“

Die Hoffnung: Exoten wie das Neutralino könnten bei den Versuchen im LHC entstehen. Der unterirdische 27-Kilometer-Ring beschleunigt Protonen auf enorme Energien und lässt sie frontal zusammenprallen. Dabei können exotische, kurzlebige Teilchen entstehen, die gleich wieder in andere Teilchen zerplatzen. Diese in alle Richtungen davonfliegenden Bruchstücke werden von riesigen Detektoren präzise vermessen. Auf Basis ihrer Daten lässt sich rekonstruieren, welche Elementarteilchen bei den Kollisionen entstanden, und ob bislang unentdeckte Exoten darunter waren – zum Beispiel Susy-Teilchen.

Aber die Suche ist schwierig – auf ein interessantes Ereignis kommen eine Milliarde uninteressante. Konkret fahnden die Forscher nach speziellen Mustern, durch die sich die Susy-Teilchen verraten könnten. Allerdings ist es höchst kniffelig, solche eindeutigen Muster in den Messdaten zu erkennen. Der Grund: Andere, auf bekannte Teilchen zurückgehende Ereignisse sehen ganz ähnlich aus und täuschen ein Susy-Signal vor. Nur mit raffinierten Analyseverfahren sowie der Auswertung extrem vieler Daten könnte es gelingen, die Handschrift von Susy aus dem Kauderwelsch herauszulesen.

Bislang – in der ersten LHC-Betriebsphase von 2010 bis 2012 – blieb die Jagd jedenfalls erfolglos. „Wir haben nicht das geringste Indiz für Susy gefunden“, bedauert Desy-Physiker Klaus Mönig. „Das hat uns schon enttäuscht, denn die Voraussagen der Theoretiker hatten nahegelegt, dass wir etwas entdecken könnten.“

Damit scheinen bestimmte Varianten von Susy bereits ausgeschlossen zu sein – jene Theorie-Versionen, die von relativ leichten Susy-Teilchen ausgegangen waren. „Aber noch ist die Supersymmetrie nicht gescheitert“, meint Herbert Dreiner aus Bonn. „Vielleicht sind ja die komplexeren Varianten richtig, in denen auch schwerere Teilchen möglich sind.“ Nach diesen schwereren Susy-Teilchen hält der LHC nun Ausschau, nachdem er auf höhere Energie umgerüstet wurde. Je höher nämlich die Energie, mit der die Maschine ihre Protonen aufeinanderfeuert, umso schwerer die Teilchen, die sich dadurch erzeugen lassen. „Dadurch erschließt sich ein ganz neuer Bereich, deshalb setzen wir große Hoffnungen in die nächste Phase“, betont Georg Weiglein. „Es gibt gute Argumente, dass wir die Supersymmetrie in den kommenden Jahren finden.“

Was aber, wenn selbst der hochgerüstete Superbeschleuniger keinerlei Lebenszeichen von Susy liefert? Das würde bei manchem Experten für Katerstimmung sorgen. „Dann ist die Sache für mich gegessen“, meint Herbert Dreiner. „In diesem Fall würde ich mich neuen Problemen zuwenden.“ Andere dagegen wollen unbeirrt weitersuchen – und befürworten einen nochmaligen Ausbau des LHC in zehn Jahren. Dann würde die Maschine deutlich mehr Messdaten produzieren können – was die Wahrscheinlichkeit für eine Entdeckung erhöhen dürfte.

Doch selbst wenn keines der Experimente irgendwelche Anzeichen von Susy aufspürt – endgültig vom Tisch wäre die Theorie damit noch nicht. „Im Prinzip könnte es sein, dass supersymmetrische Teilchen so schwer sind, dass man sie nie finden wird“, sagt Desy-Forscher Weiglein. Dann bliebe Susy auf ewig bloße Theorie – mathematisch wunderschön und elegant, aber praktisch ohne jeden Belang.