Die gängige Theorie der Teilchenphysik – das sogenannte Standardmodell – beschreibt die Vorgänge im Mikrokosmos mit großem Erfolg. Doch das Modell hat zahlreiche Lücken; es wirft Fragen auf, die eine umfassende Theorie der Bausteine und Kräfte im Universum eigentlich beantworten sollte. Woraus bestehen die unbekannte dunkle Materie und dunkle Energie, die 96 Prozent des Universums ausmachen? Warum gibt es im Kosmos mehr Materie als Antimaterie? Wie sah das Universum in der ersten Sekunde nach dem Urknall aus? Gibt es mehr als drei Raumdimensionen?

Dank der Rekordenergien des LHC hoffen die Physikerinnen und Physiker, eine ganze Reihe dieser Fragen beantworten zu können. Mit den hochenergetischen Teilchenzusammenstößen stellen die Forschenden im LHC die Bedingungen nach, die im Universum winzige Sekundenbruchteile nach dem Urknall herrschten. Damit wirkt der LHC wie eine Zeitmaschine, die es ihnen ermöglicht, Milliarden von Jahren bis an den Anfang unseres Universums zurückzublicken.

Die Entdeckung des Higgs-Teilchens

Zwei Jahre nach Beginn der Datennahme verzeichneten die LHC-Experimente einen spektakulären Erfolg: 2012 verkündeten sie die Entdeckung des Higgs-Teilchens, nach dem Forschende fast 50 Jahre lang gesucht hatten. In den 1960er Jahren stellten der schottische Physiker Peter Higgs und andere eine Theorie auf, die erklärt, wie Elementarteilchen zu ihrer Masse kommen. Demzufolge durchzieht ein spezielles Feld den Kosmos, das ähnlich wirkt wie Honig auf einen Löffel: Das Feld bietet den Teilchen einen gehörigen Widerstand und macht sie dadurch „schwer“. Mit der weltweit aufsehenerregenden Entdeckung des dazugehörigen Higgs-Teilchens bestätigten die LHC-Experimente, dass der Higgs-Mechanismus den Prozess, wie Elementarteilchen zu ihrer Masse kommen, tatsächlich adäquat beschreibt. Im Herbst 2013 erhielten der belgische Physiker François Englert und Peter Higgs für ihre Vorhersage den Nobelpreis für Physik.

Die LHC-Forschenden arbeiten nun daran, die Eigenschaften des neuen Teilchens genauer zu bestimmen. Sie wollen klären, ob es sich exakt um das im Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagte Higgs-Teilchen handelt oder ob es womöglich andere Eigenschaften besitzt, die Hinweise auf „neue Physik“ jenseits des Standardmodells geben könnten.

Von SUSY-Teilchen zu Extradimensionen

Die größte Wissenschaftsmaschine der Welt könnte noch ganz andere, bislang spekulative Phänomene aufspüren. Faszinierend wäre etwa die Entdeckung von supersymmetrischen Teilchen, auch SUSY-Teilchen genannt. Diese könnten im Universum eine tragende Rolle spielen: Sie könnten womöglich erklären, woraus die geheimnisvolle dunkle Materie im Universum besteht, die kraft ihrer Gravitation die Galaxien zusammenhält wie unsichtbarer Klebstoff. Und womöglich entdeckt der LHC, dass unsere Welt mehr zu bieten hat als drei Raum- und eine Zeitdimension. Stattdessen könnte der Kosmos deutlich mehr Dimensionen besitzen. Diese wären allerdings derart versteckt, dass es schon einen Superbeschleuniger wie den LHC braucht, um überhaupt Indizien für ihre Existenz aufzuspüren.