Etwas sehr Kleines, das den ganzen Unterschied macht – so definiert ein Sekretär der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften das Higgs-Teilchen. Manche nennen es auch „Gottesteilchen“. Vorhergesagt haben es vor fast fünfzig Jahren vor allem zwei Forscher, der Brite Peter Higgs und der Belgier François Englert. Beide erhalten dafür den diesjährigen Nobelpreis für Physik. Er ist mit 8 Millionen Schwedischen Kronen, umgerechnet 920 000 Euro, dotiert.

Das Higgs-Teilchen hilft, ein überaus grundlegendes Phänomen der Physik zu erklären: Wie kommen elementare Materieteilchen wie etwa die Quarks und die Elektronen überhaupt zu ihrer Masse? Anders formuliert: Warum wiegen wir und alle Gegenstände um uns herum überhaupt etwas? Den passenden mathematischen Mechanismus hatten Peter Higgs und François Englert unabhängig voneinander in den sechziger Jahren entwickelt.

Basis dieses Mechanismus ist ein allgegenwärtiges Feld, das den gesamten Kosmos durchzieht. Durch dieses Feld – so die Idee – bewegen sich die Teilchen wie durch einen zähen Sirup. Dabei verspüren sie einen Widerstand, ähnlich dem Widerstand, den Sirup einem Kochlöffel beim Umrühren bietet. Dieser Widerstand ist es letztlich, der den Teilchen Masse verleiht.

Man kann sich das Phänomen als einen Raum vorstellen, in dem eine Party läuft: Überall stehen Gäste – sie bilden das Higgs-Feld. „Kommt nun ein Prominenter in den Raum, stürmen sofort die Leute auf ihn zu“, beschreibt Georg Weiglein, Physiker am Forschungszentrum Desy in Hamburg. „Will der Prominente dann durch den Raum gehen, fällt es ihm wegen der Menschentraube schwer – er fühlt sich, als hätte er an Masse zugenommen.“

Stärkster Beschleuniger der Welt

In der Physik entspricht der von Gästen umlagerte Promi einem schweren Teilchen, zum Beispiel einem Quark. Leichte Teilchen wie Elektronen dagegen wären wie Kellner, die sich elegant zwischen den Gästen fortbewegen. Sie verspüren kaum einen Widerstand, besitzen also nur wenig Masse. In der Fachwelt stieß diese Idee zunächst auf verhaltene Reaktionen. So wollte die Fachzeitschrift, an die Peter Higgs seinen Artikel 1964 zunächst gesandt hatte, von dem Geniestreich nichts wissen. „Sie schickte das Manuskript zurück mit dem Hinweis, ich solle das Ganze doch noch mal sorgfältig überdenken“, erinnert sich Higgs. „Erst als ich meinen überarbeiteten Aufsatz an ein anderes Fachmagazin sandte, wurde er veröffentlicht.“

Fast zeitgleich mit ihm hatte auch François Englert gemeinsam mit dem 2011 verstorbenen Robert Brout das neue Konzept veröffentlicht. Allerdings waren beide nicht so weit gegangen, ein neues Teilchen zu postulieren – weshalb es Peter Higgs war, dessen Name fortan mit der Theorie verknüpft blieb. Das Higgs-Teilchen spielt bei dem Mechanismus übrigens nur eine indirekte Rolle: Es fungiert als eine Art Repräsentant des Higgs-Feldes. Die Folge: Wer das Higgs-Teilchen aufspürt, hat damit auch bewiesen, dass es das entsprechende Feld geben muss – und damit den Quell der Masse.

Allerdings hat es Jahrzehnte gedauert, bis die Physiker das Teilchen dingfest machen konnten. Nötig war der stärkste Beschleuniger der Welt – der Large Hadron Collider (LHC), der Teilchenbeschleuniger des Europäischen Kernforschungszentrums Cern bei Genf (siehe Grafik). Der 27 Kilometer große Ring bringt Wasserstoffkerne nahezu auf Lichtgeschwindigkeit, um sie frontal aufeinander zu feuern. Die Kollisionen ähneln einem Urknall im Miniformat: In dem Feuerball können sich exotische Materieteilchen bilden, die allerdings sofort wieder zerbersten. Gigantische Teilchenkameras – die Detektoren – vermessen die Bruchstücke. Anhand der Messdaten müssen die Teilchenjäger mühevoll rekonstruieren, welche Teilchen bei den Extrem-Kollisionen entstanden sind.

Im Juli 2012 war es soweit: Am Cern stellten die Physiker Messdaten vor, die belegten, dass sie ein neues Teilchen entdeckt hatten – wahrscheinlich das Higgs. Spätere Messungen konnten die Indizien erhärten und haben nun das Nobelkomitee in Stockholm dazu gebracht, den diesjährigen Preis für die Higgs-Entdeckung zu vergeben.

Klebstoff und Hefeteig

„Eine Jahrhundert-Entdeckung“, schwärmt Desy-Forscher Georg Weiglein. „Gleichzusetzen mit der Erfindung von Quantenphysik und Einsteins Relativitätstheorie!“ Die Euphorie hat ihren Grund: Das Higgs war der letzte Baustein, der im heutigen Weltbild der Physik noch fehlte – dem Standardmodell. Dieses geht davon aus, dass es zwölf Urbausteine gibt – verschiedene Sorten von Quarks, Elektronen und Neutrinos. Zusammengehalten werden sie durch drei Naturkräfte: die elektromagnetische Kraft, die starke Kraft und die schwache Kraft. Wirklich komplett aber wurde das Standardmodell erst durch die Entdeckung des Higgs-Teilchens.

Dennoch geht die Jagd nach neuen Teilchen munter weiter. Denn das Standardmodell kann längst nicht alle offenen Fragen beantworten. „Es beschreibt die gewöhnliche, uns umgebende Materie“, erläutert Desy-Physikerin Kerstin Borras. „Aber die macht im Universum nur fünf Prozent aus – 25 Prozent ist dunkle Materie und 70 Prozent dunkle Energie.“

Irgendetwas Geheimnisvolles hält die Galaxien zusammen wie ein unsichtbarer Klebstoff. Ratlos bezeichnen es die Physiker als dunkle Materie. Etwas noch Rätselhafteres treibt das Universum auseinander wie ein ewig quellender Hefeteig. Achselzuckend sprechen die Physiker von dunkler Energie. Woraus beides besteht – ein völliges Rätsel.

Um Antworten zu finden, würden die Physiker das Higgs-Teilchen am liebsten viel genauer unter die Lupe nehmen als es mit dem LHC möglich ist. Womöglich würden sie dann auf Abweichungen von der Theorie von Higgs und Englert stoßen – kleine Makel, die die Tür zu einer neuen, umfassenderen Physiktheorie aufstoßen könnten. Pläne für eine neue Riesenschleuder gibt es schon: In Japan soll ein schnurgerader 30-Kilometer-Beschleuniger wie am Fließband Higgs-Teilchen erzeugen und präzise vermessen.