Volkshochschule

„Frappierend ähnlich“

Günther Dissertori, Professor für Teilchenphysik an der ETH Zürich, sprach an der Volkshochschule Zürich vor interessierten Laien über das Phänomen Supraleitung. Im Interview berichtet er über seine Erfahrungen bei dem Vortrag – und erklärt, was Supraleitung mit dem Higgs-Mechanismus gemeinsam hat.

Günther Dissertori, Professor für Teilchenphysik an der ETH Zürich

Herr Dissertori, normalerweise unterrichten Sie an der ETH Zürich Studentinnen und Studenten. Wie kam es zu diesem Ausflug an die Volkshochschule?

Prof. Günther Dissertori: Die Volkshochschule widmete in diesem Herbst eine Ringvorlesung dem Thema Supraleitung, also der praktisch verlustfreien Übertragung von elektrischem Strom bei sehr tiefen Temperaturen. Ich hatte schon bei früheren Ringvorlesungen über verschiedene Aspekte rund um den Teilchenbeschleuniger LHC am CERN gesprochen, beispielsweise wie die Detektoren zur Feststellung neuer Elementarteilchen funktionieren. Offenbar waren die Organisatoren und das Publikum mit meinen Referaten zufrieden – und so wurde ich erneut eingeladen.

Was war die Grundidee Ihres Referats?

Supraleitung und Teilchenphysik sind ja zwei unterschiedliche Bereiche, aber zwischen ihnen gibt es interessante Verbindungen. Zum einen eine ganz praktische: Wir Teilchenphysiker benutzen die Technologie der Supraleitung für unsere Teilchenbeschleuniger. Nur Supraleiter sind nämlich fähig, die hohen elektrischen Ströme zu führen und damit genügend starke Magnetfelder zu erzeugen, die so stark sind, um die hochenergetischen Teilchen in unseren Beschleunigern auf der Kreisbahn zu halten.

Interessant sind aber auch die frappanten Ähnlichkeiten bei den mathematischen Formeln, die wir zur Beschreibung der Supraleitung und des 2012 entdeckten Higgs-Teilchens verwenden. Obwohl Supraleitung und der Higgs-Mechanismus (der dafür verantwortlich ist, dass Elementarteilchen Masse haben) direkt nichts miteinander zu tun haben, verwendet man zur Beschreibung u.a. sehr ähnliche mathematische Gleichungen.

Das müssen Sie uns erklären.

Ein wichtiger Aspekt des Higgs-Mechanismus ist, dass er erklärt, warum die W- und Z-Bosonen (die Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung) Masse haben, während das Photon (das Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung) keine Masse hat. Die Masse der Austauschteilchen steht auch in direktem Zusammenhang mit der Reichweite der jeweiligen Kraft: grosse Masse bedeutet kurze Reichweite (wie dies bei der schwachen Wechselwirkung der Fall ist), während verschwindende Masse einer unendlichen Reichweite gleich kommt.

Bei der Supraleitung ist es andererseits so, dass sie das Eindringen von Magnetfeldern in den Supraleiter selbst unterdrückt. Ein Magnetfeld kann nur über eine sehr kurze Reichweite eindringen. Das heisst, innerhalb eines Supraleiters würde es für einen Beobachter in etwa so aussehen, als ob das Photon (der Träger der elektromagnetischen Kraft) Masse hätte.

Generell kann man auch grobe Vergleiche anstellen mit der Wechselwirkung von Teilchen beim Durchqueren des Higgsfeldes, was zu einer Masse der Teilchen (z.B. ein Elektron) führt, und der Beschreibung der Bewegung eines Elektrons in einem Festkörper, z.B. in einem Kristall. Den Netto-Effekt der ständigen Wechselwirkung des Elektrons mit dem Kristallgitter kann man z.B. durch eine sogenannte “effektive“ Masse des Elektrons beschreiben.

Überfordern Sie mit solchen Ausführungen nicht die Zuhörer und Zuhörerinnen der Volkshochschule?

Anscheinend nicht, jedenfalls war das Feedback auch diesmal gut. Auch komplexe Physik ist einem breiten Publikum vermittelbar, wenn man sie entsprechend runterkocht. Zudem erscheint zu solchen Vorträgen ein wissenschaftlich interessiertes Publikum. Die Zuhörer – oft Senioren, aber nicht nur – stellen dann Fragen, aus denen man schliessen kann, dass sie entsprechende Literatur wie z.B. 'Scientific American' gelesen haben. Jene, die vielleicht keine spezifische Vorbildung mitbringen, haben dafür die erforderliche Neugierde.

Interview: Benedikt Vogel (veröffentlicht 12. 10. 2013)

Categories

  • Elementary particles
  • Particle Physics