Wie man „das Gottesteilchen“ versteht und erklärt

Dieses undatierte Bild, das vom CERN zur Verfügung gestellt wurde, zeigt ein typisches Kandidatenereignis mit zwei hochenergetischen Photonen, deren Energie (dargestellt durch rote Türme) im elektromagnetischen Kalorimeter von CMS gemessen wird. Die gelben Linien sind die gemessenen Spuren anderer Teilchen, die bei der Kollision entstanden sind. Das hellblaue Volumen zeigt die CMS-Kristallkalorimetertrommel. Unter Jubel und Standing Ovations behaupteten Wissenschaftler des weltgrößten Atomzertrümmerers am Mittwoch, den 4. Juli 2012, die Entdeckung eines neuen subatomaren Teilchens und nannten es „konsistent“ mit dem lang gesuchten Higgs-Boson – allgemein bekannt als das „Gottesteilchen“. hilft zu erklären, was aller Materie im Universum Größe und Form verleiht. (AP Photo/CERN) NUR ZUR REDAKTIONELLEN VERWENDUNG – OBLIGATORISCHER CREDIT –

Journalisten lieben es, Wörter wie „Entdeckung“ und „Durchbruch“ zu verwenden, aber Wissenschaftler schrecken vor solchen Wörtern zurück. Sie könnten besonders unruhig mit dem Ausdruck „Das Gottesteilchen“ sein, einem Begriff, der von einem Physiker, der mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, geschaffen wurde Leon Ledermann um zu erklären, wie die subatomare Welt funktioniert – nicht wer sie erschaffen hat.

Wissenschaftler verwenden einen anderen Ausdruck, das Higgs-Boson , und bieten Sie Beschreibungen wie diese an Das gab CERN-Generaldirektor Rolf Heuer am Mittwochmorgen in einer Pressekonferenz in der Nähe von Genf bekannt :

„Die Entdeckung eines Teilchens, das mit dem Higgs-Boson übereinstimmt, ebnet den Weg für detailliertere Studien, die umfangreichere Statistiken erfordern, die die Eigenschaften des neuen Teilchens bestimmen und wahrscheinlich Licht auf andere Geheimnisse unseres Universums werfen werden.“

Kein Wunder, dass Journalisten versucht sind, Dinge zu sagen wie „Wissenschaftler haben das Gottesteilchen entdeckt, den Schlüssel zum Verständnis des Universums.“

Nein noch nicht.

Das Gottesteilchen

Ledermann beschrieben das Teilchen als das Ding, das „ich glaube, die kosmische Symphonie orchestriert“.

Lederman erklärte auch, wie er zu dem Ausdruck „The God Particle“ kam. In einem Papier mit dem Titel „ Die Geschichte von zwei Teilchen und das ultimative T-Shirt ,' er erklärte:

Dieses Boson ist so zentral für den heutigen Stand der Physik, so entscheidend für unser endgültiges Verständnis der Struktur der Materie, und doch so schwer fassbar, dass ich ihm einen Spitznamen gegeben habe: das Gottesteilchen. Warum Gottpartikel? Zwei Gründe. Erstens ließ uns der Verlag nicht anrufen
Es ist das gottverdammte Teilchen, obwohl das angesichts seiner bösartigen Natur und der Kosten, die es verursacht, ein angemessenerer Titel sein könnte. Und zweitens gibt es eine Art Verbindung zu einem anderen Buch, einem viel älteren …

Er bezog sich auf das biblische Buch Genesis 11: 1-9, eine Passage, von der er sagt, dass sie an eine Zeit erinnert, als die Menschen eine Sprache teilten und die Materie symmetrisch war. Dann wurde es kompliziert.

Lederman war einer von Legionen von Wissenschaftlern, die nach diesem Teilchen gesucht haben, das erklären könnte, wie Atome zu ihrer Masse kommen. In gewisser Weise ist es ein Versuch, das Kleinste zu verstehen, subatomare Teilchen, damit wir das Größte, das Universum, verstehen können.

Lederman schrieb seine eigene Version einer neumodischen Genesis 11, in der er sich diesen Tag vorstellte, einen Tag, an dem Wissenschaftler möglicherweise verkünden könnten, dass sie kurz davor stehen, ein Rätsel zu lüften:

„Und das ganze Universum hatte viele Sprachen und viele Reden. Und es begab sich: Als sie von Osten herzogen, fanden sie eine Ebene im Land Waxahachie, und sie wohnten dort. Und sie sagten zueinander: Los, lasst uns einen Giant Collider bauen, dessen Kollisionen bis zum Anbeginn der Zeit zurückreichen können. Und sie hatten supraleitende Magnete zum Biegen, und Protonen hatten sie zum Zerschlagen.

Und der Herr kam herab, um den Beschleuniger zu sehen, den die Menschenkinder bauten. Und der Herr sprach: Siehe, die Leute entwirren meine Verwirrung. Und der Herr seufzte und sagte. Geh hin, lass uns hinuntergehen und ihnen dort das Gottesteilchen geben, damit sie sehen können, wie schön das Universum ist, das ich gemacht habe.“

– Das Neuste Testament, 11:1

Die journalistischen Landminen

Wenn Sie anfangen, Wörter wie God Particle zu verwenden, fangen Sie an, Theologie (ein Glaubenssystem) und Wissenschaft zu vermischen, ein System beweisbarer Tatsachen, die repliziert werden können.

Wenn Sie Wörter wie „Entdeckung“ verwenden, implizieren Sie, dass wir jetzt etwas wissen, was wir vorher nicht wussten. Einige haben gesagt, das Finden des Higgs-Teilchens sei wie das Finden eines Dinosaurier-Fußabdrucks; Sie haben einen Überrest oder eine Spur gefunden, nicht das DING selbst.

Aber lassen Sie uns klar sein, selbst die an dieser Arbeit beteiligten Wissenschaftler glauben, dass sie sehr nahe daran sind, etwas Großes und Wichtiges zu wissen.

Dieses undatierte Bild, das vom CERN zur Verfügung gestellt wurde, zeigt ein typisches Kandidatenereignis mit zwei hochenergetischen Photonen, deren Energie (dargestellt durch rote Türme) im elektromagnetischen Kalorimeter von CMS gemessen wird. Die gelben Linien sind die gemessenen Spuren anderer Teilchen, die bei der Kollision entstanden sind. Das hellblaue Volumen zeigt die CMS-Kristallkalorimetertrommel. (AP Photo/CERN)

„Entdeckung“ ist jedoch ein irreführendes Wort. Diese Ankündigung war eher wie ein jahrzehntelanges Durchsickern des Verständnisses, das in den letzten Monaten an Fahrt gewonnen hat.

Vor ein paar Tagen , sagten amerikanische Wissenschaftler, sie seien kurz davor, sagen zu können, dass sie das Gottesteilchen gefunden hätten. Nah, aber nicht ganz.

Zurück im März berichteten amerikanische Wissenschaftler ziemlich dasselbe, dass sie nach mehr als 40-jährigem Studium der Daten ziemlich nahe daran waren, sagen zu können, dass sie das Gottesteilchen isoliert hatten.

Sechs Monate zuvor, im Dezember 2011, fanden zwei europäische Gruppen ungefähr dasselbe.

Aber diese Woche jubeln die Berichte über etwas, das etwas Brandneues zu sein schien – eine „Entdeckung“.

Ein Bericht sagte, „Wissenschaftler haben heute die „bedeutsame“ Entdeckung gefeiert …“

Die New York Times sagten Wissenschaftler, „entdeckten ein neues subatomares Teilchen, das auf der ganzen Welt so aussieht Higgs-Boson , ein potenzieller Schlüssel zum Verständnis, warum Elementteilchen Masse haben, und tatsächlich zur Existenz von Vielfalt und Leben im Universum.“

Was suchten Wissenschaftler und was fanden sie?

Fangen wir klein an. Subatomare Teilchen wie Elektronen, Protonen und Neutronen bilden Atome. Atome bilden Moleküle. Moleküle haften zusammen, um Substanzen wie Wasser, Holz, Chemikalien und Gummi herzustellen.

Dann gibt es diese Dinge, die Physiker Bosonen nennen. Bosonen sind Teilchen wie Photonen, aber sie reagieren nicht wie andere Teilchen. Sie scheinen anderen Teilchen zu helfen, miteinander auszukommen. Photonen besitzen keine Masse, nur Energie. Andere Teilchen, zum Beispiel Protonen, haben Masse.

Aber woher kamen diese kleinsten Teilchen, die Bosonen? Ein Wissenschaftler namens Peter Higgs (daher das Higgs-Boson) schlug vor, dass es vielleicht ein Schlüsselteilchen gibt, mit dem andere interagieren. Wenn Wissenschaftler dieses Teilchen entziffern könnten, könnten sie verstehen, was Elektronen, Protonen und Neutronen ihre Masse, ihre Substanz gibt.

Nick Thompson von CNN bot diese Analogie an:

„Stellen Sie sich das Universum wie eine Party vor. Relativ unbekannte Partygäste können schnell unbemerkt durch den Raum gehen; populärere Gäste werden Gruppen von Menschen (die Higgs-Bosonen) anziehen, die dann ihre Bewegung durch den Raum verlangsamen.

„Die Geschwindigkeit von Teilchen, die sich durch das Higgs-Feld bewegen, funktioniert ähnlich. Bestimmte Teilchen ziehen größere Cluster von Higgs-Bosonen an – und je mehr Higgs-Bosonen ein Teilchen anzieht, desto größer wird seine Masse sein.“

Als Wissenschaftler diese Woche ihre große Ankündigung machten, achteten sie sehr darauf, es NICHT als Durchbruch oder Entdeckung zu bezeichnen. Sie behaupteten nicht, das Higgs-Boson gefunden zu haben, obwohl das offensichtlich das ist, was alle hoffen.

Die Geschichte des Wall Street Journal zeigt, wie vorsichtig die Ankündigung gemacht wurde:

„Joe Incandela, Sprecher eines der Experimente, sagte Wissenschaftlern des Europäischen Zentrums für Kernforschung (CERN), dass das neue Teilchen definitiv ein Boson und das schwerste Boson war, das jemals gefunden wurde. „

„Die Auswirkungen sind sehr erheblich, und genau aus diesem Grund müssen wir bei all unseren Studien und Gegenprüfungen äußerst sorgfältig vorgehen.“

Die Arbeit, die zu der heutigen Ankündigung geführt hat, ist das Produkt der Wissenschaftler der Large Hadron Collider , an der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich. Der Collider ist eine unterirdische Pipeline, eine Art Rennstrecke, in der Wissenschaftler zwei Strahlen aus subatomaren Teilchen namens „Hadronen“ – entweder Protonen oder Bleiionen – aufeinander schießen lassen, um sie zum Kollidieren zu bringen.

Die Vorstellung war schon immer, dass sie durch das Zusammenschlagen der Atome die sogenannte „Urknall“-Explosion wiederholen könnten, die möglicherweise zu Beginn des Universums stattfand.

Amerikaner sind seit Jahrzehnten in diesem Collider-Geschäft involviert. Aber im vergangenen Jahr schloss das Energieministerium die Fermilab Tevatron Collider in der Nähe von Batavia, Illinois wegen Budgetproblemen.

Also, warum spielt das alles eine Rolle?

(Ein kleines Wortspiel für euch Physikfreaks.)

Die Teilchenwissenschaft hat greifbare Vorteile, die über die Erklärung der Funktionsweise des Universums hinausgehen.

Medizin nutzt nun die Partikelwissenschaft zur Diagnose und Behandlung von Krebs. MRTs, die Sie in großen Krankenhäusern weltweit finden, verwenden supraleitende Magnettechnologie.

Heimatschutz verwendet Teilchenphysik, um in große Transportkisten zu schauen.

Das Internet wurde von „CERN-Wissenschaftler Tim Berners-Lee … geschaffen, um Teilchenphysikern ein Werkzeug zu geben, um schnell und effektiv mit weltweit verstreuten Kollegen an Universitäten und Labors zu kommunizieren.“

Website des Energieministeriums weist auf andere Weisen hin, wie sein Supercollider unser Leben berührt hat:

• Lebensmittelsterilisation
• Medizinische Isotopenproduktion
• Simulation von Krebsbehandlungen
• Zuverlässigkeitsprüfung von Kernwaffen
• Scannen von Versandbehältern
• Vorgeschlagene Kombination von PET- und MRT-Bildgebung
• Verbesserte Tonqualität bei Archivaufnahmen
• Paralleles Rechnen
• Ionenimplantation zur Verstärkung von Materialien
• Aushärten von Epoxiden und Kunststoffen
• Data Mining und Simulation
• Internationale Beziehungen
• Atommüllumwandlung
• Fernsteuerung komplexer Anlagen

Was Sie mit dieser Geschichte tun können

Sie möchten diese Geschichte also anzapfen, und die Augen Ihres Redakteurs rollen nach hinten. Was jetzt?

Verstehen Sie zuerst die Geschichte richtig. Übertreiben Sie die Ankündigung dieser Woche nicht als eine neue bahnbrechende Entdeckung, die gerade passiert ist. Spielen Sie es nicht als eine theologische Diskussion, weil es das Gottesteilchen genannt wird.

Zweitens, nehmen Sie die Geschichte ernst. Die Teilchenphysik mag zu einschüchternd klingen, als dass Sie sie in Angriff nehmen könnten. Aber die lokalen Anwendungen, die die Öffentlichkeit betreffen, sind überall um Sie herum. Wenden Sie sich an die nuklearmedizinische Abteilung Ihres örtlichen Krankenhauses und an die Hafensicherheit.

Drittens, wie sind Ihre lokalen Universitäten an der Entdeckung beteiligt? Wie aufgeregt sind Studenten, in einem Zeitalter beschleunigter Entdeckungen zu leben? Sprechen Sie mit den besten Studenten der Naturwissenschaften und fragen Sie sie, was sie hoffen, in ihrem Leben zu entdecken.

Viertens, wie ist der Stand der naturwissenschaftlichen Ausbildung in Ihrem Teil der Vereinigten Staaten?

Ich frage mich, ob wir in einem Zeitalter leben, in dem Amerika Wege finden wird, wieder in große Ideen wie einen Supercollider zu investieren. Wir haben das Space-Shuttle-Programm eingemottet, ohne zu wissen, was als nächstes kommt. Wäre es nicht schön, eine Vision, einen Aktionsplan und eine Finanzierung für das zu haben, was wir als nächstes lernen und entdecken wollen? Fragen Sie Kongress- und Präsidentschaftskandidaten danach.

Ich wette, Sie haben auch Ideen. Teilen Sie sie im Kommentarbereich.