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12.05.2011

Entdeckung?

Foto: symmetry magazine

Teilchenphysik ist spannend. Und im Moment ganz besonders – schließlich dringt der LHC in neue, bisher nicht erreichte Energiebereiche vor und ermöglicht damit den Blick auf bisher nicht entdeckte Physik.Ein „Hubbel“, also eine Häufung von Messergebnissen bei einem bestimmten Wert, bei dem nach bisherigem Wissen nichts erwartet wurde, sorgt da besonders schnell für Aufmerksamkeit. Ist es neue Physik? Oder ein Fehler in der Auswertung? Wurde irgendetwas nicht berücksichtigt? Oder wurde wirklich etwas fundamental Neues entdeckt?

Um solche Fragen zu beantworten gibt es verschiedenen Mechanismen, mit denen die Wissenschaftler die Plausibilität ihrer Ergebnisse überprüfen. Innerhalb der Kollaborationen, die zum Teil aus über 3000 Wissenschaftlern bestehen, gibt es zum Beispiel strikte Kontrollmechanismen, die dafür sorgen, dass wirklich nur handfeste Beobachtungen nach außen dringen. Also nur Beobachtungen bei denen die Wissenschaftler Fehler oder zufällige Anhäufungen nach bestem Wissen ausgeschlossen haben. Dafür gibt es innerhalb einer jeder Kollaboration Regeln und Wege, die jede Messung vor der Veröffentlichung überprüfen und auf Schwachstellen abklopfen. Erst wenn eine Analyse es durch den internen Begutachtungsprozess geschafft hat, darf sie in einem Fachblatt veröffentlicht werden. Und ein Teil der internen Analysen erblickt nie das Licht der Öffentlichkeit.

Auch gibt es klare Regeln, was die Wissenschaftler unter einer „Entdeckung“ verstehen. Die Messungen, die die Wissenschaftler an ihren Experimenten durchführen, beruhen auf Statistik. Die Physiker geben daher zu jedem ihrer Ergebnisse die Sicherheit als so genannte Signifikanz an. Die Einheit die sie dafür verwenden ist sigma, dargestellt durch den griechischen Buchstaben σ. Ein Ergebnis von 3σ ist zum Beispiel mit einer Wahrscheinlichkeit von nur 0,27% ein rein zufälliger Effekt ohne jede physikalische Bedeutung, ein Ergebnis von 5σ zu 0,000057%. Sehen Wissenschaftler etwas mit einer Sicherheit von 3σ so sagen sie: ‚Wir haben Hinweise auf ein neues Teilchen gefunden‘. Bei einer Sicherheit von 5 σ würden sie hingegen sagen: ‚Wir haben ein neues Teilchen entdeckt‘. Auch wenn eine Wahrscheinlichkeit von 0,27% recht klein klingt: auch Ergebnisse mit einer solchen Signifikanz haben sich schon sehr oft als Laune der Natur erwiesen.

Ein weiteres Kriterium, das stets angewendet wird, ist die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen an anderen Orten und von anderen Detektoren. Am LHC zum Beispiel suchen ATLAS und CMS nach den gleichen Phänomenen. Da die beiden Experimente auf unterschiedlichen Technologien beruhen, können sie ihre Ergebnisse gegenseitig überprüfen und so eine zusätzliche Sicherheit gewähren, ob es sich bei einem „Hubbel“ um neue Physik handelt, oder nicht. Und somit können wir uns sicher sein: Wenn vom CERN die Meldung kommt, dass etwas gefunden wurde, haben die Wissenschaftler dieses Etwas vorher auf Herz und Nieren geprüft.

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