Mini-Löcher und LHC – Berichterstattung im ZDF

BLOG: Einsteins Kosmos

Vom expandierenden Universum bis zum Schwarzen Loch
Einsteins Kosmos

Sind Experimente an modernen Teilchenbeschleunigern gefährlich? Könnte am LHC ein Schwarzes Loch im Mini-Format entstehen? Diese Fragen werden derzeit heiß diskutiert. Der Beitrag "Das Ende der der Welt?" von Astronom Leonard Burtscher ist seit Wochen ein Dauerbrenner und der am meisten kommentierte Beitrag in den KOSMOlogs. Offensichtlich gibt es ein großes Interesse der Öffentlichkeit an diesem Thema. In den KOSMOlogs versuchen viele Physiker die Sorgen der kritischen Öffentlichkeit aufzufangen und durch eine sachliche Argumentation zu entkräften.

In diese spannende Diskussion kommen nun Beiträge vom ZDF. Gerade eben wurde im ZDF in der Sendung "Abenteuer Wissen", moderiert von Karsten Schwanke, ein Beitrag zum Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) gesendet. Sehr gut wurde dargelegt, welche großen Ziele die Teilchenphysik mit diesem größten Experiment der Menschheitsgeschichte verfolgt. Wie bereits in den KOSMOlogs in meinem Artikel "LHC – Träume und Hoffnungen der Physiker" vorgestellt, geht es darum, das Higgs-Teilchen nachzuweisen und dessen Masse präzise zu bestimmen; es geht um den Nachweis einer neuen Symmetrieeigenschaft zwischen Teilchen und Kräften, nämlich der Supersymmetrie (was die Astronomen zur Erklärung der Dunklen Materie interessiert), und es geht darum zu messen, ob die Natur weitere Raumdimensionen als Länge, Breite und Höhe hat. Nur falls es diese sog. Extradimensionen gibt, wäre es möglich, Schwarze Löcher im Mini-Format herzustellen. Dann und nur dann.

"Abenteuer Wissen" hat das Thema LHC insgesamt meines Erachtens sehr gut dargestellt. Dadurch dass das ZDF-Team gut von CERN-Wissenschaftlern beraten wurde, ist alles wissenschaftlich korrekt dargestellt worden. Bravo! So erwartet man das vom ZDF.

Dieses Positivbeispiel von seriösem Journalismus setzt sich im Internet fort: In der Online-Ausgabe von "Abenteuer Wissen" stellt der Journalist Stefan Lehmacher vom ZDF das kontroverse Thema verständlich, seriös und kompetent in seinem Artikel "Schwarze Löcher im Labor?" vor. Er rückt dabei die hitzige Diskussion ins rechte Licht. Denn den wenigen kritischen Stimmen, die im LHC eine Gefährdung sehen, steht eine große Mehrheit der Physiker und der Öffentlichkeit gegenüber, die den LHC befürworten und keine Gefahr darin sehen. Die Argumentationen beider Seiten legt Lehmacher knapp und plausibel dar. In den KOSMOlogs sind die Argumente bei Leonard Burtschers "Das Ende der Welt?" nachzulesen. Es wird klar, dass falls tatsächlich eine nennenswerte Gefährdung bestünde, dann müsste derlei Katastrophenszenarien längst im Universum beobachtbar gewesen sein. Da solche Beobachtungen nicht gemacht wurden, muss man objektiv schließen, dass am LHC kein Desaster droht

Einziger Wermutstropfen: Dem Chaosforscher Prof. Otto Rössler hat man abermals ein Forum gegeben, indem er sogar im Fernsehbericht zu Wort kam. Sehr positiv ist hervorzuheben, dass es Lehmacher nicht um eine sensationsheischende Berichterstattung geht, sondern um eine nüchterne Abwägung der Fakten. Er schaffte es auch, Rösslers mahnende Worte zu entkräften.

Allen an dieser gelungenen Berichterstattung Beteiligten möchte ich danken.

p.s.: Auf meiner Website "Astronomiewissen" habe ich das Thema "Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern" etwas profunder dargestellt und zwar für Interessenten, die tiefer in die Physik einsteigen wollen.

Weitere Texte zum Thema "LHC":

Das Ende der Welt?
LHC – Träume und Hoffnungen der Physiker

Veröffentlicht von

Die Astronomie ist faszinierend und schön – und wichtig. Diese interdisziplinäre Naturwissenschaft finde ich so spannend, dass ich sie zu meinem Beruf gemacht habe. Ich bin promovierter Astrophysiker und befasse mich in meiner Forschungsarbeit vor allem mit Schwarzen Löchern und Allgemeiner Relativitätstheorie. Aktuell bin ich der Scientific Manager im Exzellenzcluster Universe der Technischen Universität München. In dieser Tätigkeit im Forschungsmanagement koordiniere ich die interdisziplinäre, physikalische Forschung in einem Institut mit dem Ziel, Ursprung und Entwicklung des Universums als Ganzes zu verstehen. Besonders wichtig war mir schon immer eine Vermittlung der astronomischen Erkenntnisse an eine breite Öffentlichkeit. Es macht einfach Spaß, die Faszination am Sternenhimmel und an den vielen erstaunlichen Dinge, die da oben geschehen, zu teilen. Daher schreibe ich Artikel (print, online) und Bücher, halte öffentliche Vorträge, besuche Schulen und veranstalte Lehrerfortbildungen zur Astronomie, Kosmologie und Relativitätstheorie. Ich schätze es sehr, in meinem Blog "Einsteins Kosmos" in den KosmoLogs auf aktuelle Ereignisse reagieren oder auch einfach meine Meinung abgeben zu können. Andreas Müller

11 Kommentare

  1. Astronomie im ZDF

    Sehr erfreulich, daß diesmal ausnahmsweise mal seriös berichtet wurde. Allerdings ist man vom ZDF schlimmes gewohnt. Vor einigen Jahren gab es mal einen Dreiteiler von Herrn Bublath zum Thema “Kosmische Katastrophen” oder so ähnlich (Katastrophe ist natürlich schon mal gut für die Quote).
    Es wurden ständig Animationen gezeigt, bei denen die Kamera mit ca. zehnfacher Lichtgeschwindigkeit durchs Universum flog. Ständig explodierten rechts und links irgendwelche Objekte und der Kommentator schwafelte irgendwas von gewaltigen Explosionen und kosmischen Katastrophen, ohne irgendetwas detaillierter zu erläutern. Seitdem bleibt für mich der Kasten kalt (was Astronomie betrifft), denn das war die reinste Klamauk-Astronomie. Ich glaube kaum, daß man mit solchem Nonsens irgendjemand für Astronomie interessieren wird. Da wird nur an den gleichen Glotzreflex appeliert, dessentwegen viele Leute bei Verkehrsunfällen herumstehen ohne zu helfen oder wenigstens Platz für die Retter zu machen. Dabei gäbe es genug faszinierendes aus der Astronomie zu berichten, was auch im Fernsehen vermittelbar wäre. In England gibt es seit über 50 Jahren die legendäre Sendung “The Sky at Night” von Sir Patrick Moore in der BBC. Sowas wünsche ich mir mal hier bei uns.

  2. LHC-Experiment

    Sehr geehrter Herr Müller,
    schön zu hören, daß Sie sich bereit erklärt haben, profunde Auskünfte für besorgte Nachfragen anzubieten, denn eine solch besorgte Nachfrage möchte ich hier vortragen:

    Wenn ich das richtig verstanden habe werden im beabsichtigten LHC-Experiment Bedingungen geschaffen, wie sie seit dem Urknall nicht mehr aufgetreten sind. Insoweit beruhigt mich die Aussage, es wären im Kosmos keine Katastrophen wie die befürchtete zu beobachten, nur wenig.

    Winzige schwarze Löcher entstehen ja immerzu in den obersten Schichten der Atmosphäre durch die Wechselwirkung mit der extrem energiereiche Höhenstrahlung, “verdampfen” aber binnen weniger Sekundenbruchteile wieder, bevor sie irgendeinen Schaden anrichten können und so wäre es auch im LHC-Experiment zu erwarten, ist zu hören.

    Nun können schwarze Löcher aber nicht nur durch “Verdampfung” verschwinden, sondern auch durch Materieakkkretion wachsen. Verschwinden tun sie nur, wenn die Verdampfunsrate die Akkretionsrate übersteigt. In den obersten Schichten der Atmosphäre mit ihrer vergleichsweise extreme Materiearmut ist natürlich kein nenneswertes Wachstum zu erwarten, im LHC-Experiment hingegen befindet sich reichlich Materie in unmittelbarer Nähe. Wodurch wird denn sichergestellt, daß die Verdampfunsrate auch hier die Akkretionsrate übersteigt? Die freie Weglänge der Proto-Schwarzen Löcher wird doch ohne Zweifel bis in die Meßapparaturen hineinreichen, denn sonst wären sie ja gar nicht nachweisbar und ergo uninteressant.

    Gibt es Berechnungen bzw. Abschätzungen anhand derer sich hinreichend sicher sagen läßt, daß es zu keiner so großen Akkretion kommt, daß die Wachtumsarate die Verdampfungsrate der schwarzen Löcher womöglich übersteigt, denn das wäre gelinde gesagt fatal! Wenn wir durch das LHC-Experiment die “Weltformel” fänden wäre ich hocherfreut, aber wenn es hinterher keine Welt mehr gibt, haben wir nicht mehr viel davon 😉

  3. Wo entstehen winzige Schwarze Löcher?

    Entschuldigung, aber WO entstehen ständig Schwarze Löcher, die verdampfen? In der Hochatmosphäre?

    Wie kommt es dann, dass davon vom Fachpersonal noch nie jemand irgendetwas gehört hat? Mir ist nicht eine einzige Fachpublikation bekannt, die nachweisen kann, dass in der Hochatmosphäre Schwarze Löcher erzeugt würden. Ich lasse mich aber gerne vom Gegenteil überzeugen. Also? Irgendjemand eine Idee?

    Es wird nur ständig darauf hingewiesen, dass WENN das CERN in der Lage sein sollte Schwarze Löcher zu erzeugen, was von der überwätigenden Mehrheit der Experten auf dem Gebiet mehr als angezweifelt wird, weil dafür die Energiedichte bei weitem nicht ausreicht, dass DANN auch ständig in der Hochatmosphäre Schwarze Löcher erzeugt werden müssten. Man beachte bitte den Konjuktiv. Und WENN sie denn enstünden, dann müssten sie verdampfen und überhaupt die Erde steht ja noch oder?

    Und jetzt zur Sache mit der Masseakkretion. Wird sind hier im Mikrokosmos und da gelten ganz andere Spielregeln, als z.B. beim riesigen Schwarzen Loch im Zentrum unserer eigenen Milchstraße, das uns schließlich auch nicht auffrisst.

    1. Die Gravitation ist bei weitem – und solche müsste wirken, damit Akkretion stattfinden kann – die schwächste aller vier Grundkräfte. Gerade im Mikroskosmos spielt Gravitation als Kraft eine Rolle, die vernachlässigbar ist.

    2. Auch Schwarze Löcher haben eine begrenzte Reichweite.

    3. Im Mikrokosmos wird offenbar, dass die Materie aus sehr, sehr viel Nichts besteht. Sonst wäre es z.B. nicht möglich, dass der Großteil aller Neutrinos einfach mal so durch den gesamten Erdball fliegt, ohne dass die Teilchen merken, dass da überhaupt mal etwas im Weg war.

    Wenn ein hypothetisches Schwarzes Loch winzigen Ausmasses tatsächlich entstehen sollte, was ich mehr als bezweifle, dann müsste es überhaupt erst mal so lange leben, dass es nah genug an ein Atom rankommt. Und selbst dann ist noch nicht gewährleistet, dass das winzige Schwarze Loch, das damit auch nur eine winzige Gravitationsanziehung ausüben kann jedenfalls im Vergleich zu den großen Brüdern da draußen, überhaupt stark genug ist, die Atombindungen aufzulösen. Was ich jetzt nicht auf die Schnelle beurteilen kann. Aber es ist zumindest eine nichttriviale Aufgabe.

    Nur so mal als Gedankenanstöße und um Fehlinformationen vorzubeugen.

  4. Noch mal zur Klarstellung

    Ok, das mit der begrenzten Reichweite von Schwarzen Löchern ist vermutlich etwas ungeschickt formuliert. Schließlich ist die Reichweite der Gravitation unendlich, aber die Stärke der Kraft fällt mit dem Quadrat der Entfernung ab. D.h. um effektiv überhaupt die drei anderen Grundkräfte überwinden zu können, müsste ein winziges Schwarzes Loch lang geng leben, um nah genug an Atombestandteile rankommen.

  5. Materie in den Röhren

    Sehr geehrter Herr Krippenstapel,

    obwohl sie Ihre Frage an Herr Müller gerichtet haben, habe ich auch bedenken an einem anderen Punkt und möchte etwas einwerfen.
    Sie schrieben:
    “In den obersten Schichten der Atmosphäre mit ihrer vergleichsweise extreme Materiearmut ist natürlich kein nenneswertes Wachstum zu erwarten, im LHC-Experiment hingegen befindet sich reichlich Materie in unmittelbarer Nähe.”

    Ich kann das natürlich nicht sicher wissen, aber sind Sie sich sicher, dass sich dort in unmittelbarer Nähe Materie befindet? Denn die Protonen befinden sich in einem Vakuum. Sonst könnte man die Protonen nicht ungehindert beschleunigen oder? Außerdem ist der Strahl doch soweit ich weiß winzig im Vergleich zum Durchmesser des Rings, indem sich die Protonen tatsächlich befinden. Auch die Kollisionen sollten sich im Vakuum abspielen, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Und dabei habe ich noch vollkommen vernachlässigt, dass das ganze sich im Mikrokosmos abspielt.
    Grüße T. Röser

  6. Kollisionen am LHC und in der Atmosphäre

    Ich habe leider nie Physik studiert, zähle mich aber durchaus zu einem vernünftigen Menschen der denken kann. Nach allem was ich zu dem Thema lesen konnte wird behauptet, das WENN schwarze Löcher bei Teilchen Kollisionen in der Atmosphäre entstünden UND diese dann auch noch stabil blieben (also nicht zerstrahlen), keine Gefahr bestünde, da diese schwarzen Löcher dann mit annähern Lichtgeschwindigkeit einfach durch die Erde “sausen” würden und nicht die Zeit und Möglichkeit hätten nennenswert Materie zu akkreditieren.

    Soweit so gut – allerdings kann ich mich wage an den Physik Unterricht zu Zeiten des Abiturs erinnern und soweit mir bekannt ist hat sich an den Grundlagen bis heute nichts verändert. Wenn im LHC die Teilchen mit gleicher Geschwindigkeit frontal aufeinanderprallen, werden doch deren Impulse, die gegensätzlich gerichtet sind, aufgehoben? Mit anderen Worten die Geschwindigkeit ist praktisch null (den zur Seite “spritzenden” Schauer von “Bruchstücken” jetzt mal außer Acht gelassen). Wenn hierbei ein schwarzes Loch entsteht das möglicherweise noch stabil wäre, würde es ja nicht der Erdanziehung entkommen können. Was passiert dann? Des Weiteren sollen ja im LHC ca. 600 Mio. Kollisionen pro Sekunde (!) stattfinden. Wenn dabei mehrere schwarze Löcher entstehen, die stabil sind, addieren diese sich doch? Unter dieser Voraussetzung dieselbe Frage: Was passiert dann?
    Und zu guter Letzt, wenn alles schiefliefe, schwarze Löcher stabil bleiben und sich im Erdkern einnisten – wie lange würde es reell dauern, bis wir die nahende Katastrophe bemerken (bis jetzt sind Zeitspannen von 50 Monaten bis 5 Mrd. Jahre genannt worden, leider jeweils ohne die Berechnung näher zu nennen).

  7. Nun ja, schwarze Löcher wären schon ein Glückfall aber vielleicht findet man ja auch was völlig Unerwartetes. Hoffentlich gehts bald los.

  8. Kommentare und Antworten

    @Marco
    Wenn ich es pauschal ausdrücken müsste, würde ich generell die Berichterstattung im ZDF zum Thema Naturwissenschaften als gelungen und seriös beurteilen – klar, es mag Ausnahmen geben. Schaue ich hingegen zu den privaten Sendern, so fallen mir wenige Positivbeispiele dort auf.
    Bei Bublaths Sendungen habe ich über die Jahre auch Veränderungen zum Schlechten hin festgestellt. Als Teenager verehrte ich seine Sendungen “Aus Forschung und Technik” und “Abenteuer Forschung”: moderne Astronomie im Fernsehen – wow! Die darauf folgenden Sendekonzepte wurden zu sehr kommerzialisiert, simplifiziert und leider auch ziemlich dämlich aufgepeppt (z.B. Raumschiffe mit Triebwerkssound im Weltall…?). Allerdings haben die Verantwortlichen hier durchaus mein Verständnis, weil es durchaus nicht trivial ist, ein seriöses, interessantes und langfristig erfolgreiches Konzept zu haben.
    Die BBC-Sendungen (häufig auf VOX zu sehen) sind in der Tat sehr gut und sehenswert. Die BBC-Produktionen sind britisch. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die Leute im Ausland (besonders in den USA) sehr viel besser über die Grundlagen der Astronomie informiert sind – da können wir uns eine Scheibe abschneiden.

    @Christian Krippenstapel
    Ich muss Ihnen Recht geben: Ich würde mir auch Sorgen machen, wenn man am LHC Verhältnisse wie im Urknall herstellen könnte. Ich kann Sie allerdings beruhigen, weil es sich tatsächlich um eine inhaltlich falsche Popularisierung des Experiments handelt! Verhältnisse wie im Urknall, das wären Energien auf der Planck-Skala – davon sind die Physiker am Teilchenbeschleuniger LHC und folgenden Beschleunigergenerationen weit entfernt. Die am LHC erreichte Energieskala ist in etwa diejenige des elektroschwachen Übergangs, also einige TeV. Die Planck-Skala des Urknalls ist mit 10^19 GeV demnach 16 Zehnerpotenzen darüber! Das wird vermutlich niemals in Teilchenbeschleunigern erreicht werden.
    Die Entstehung von Mini-Löchern in der Atmosphäre ist (wie Ludmilla Carone richtig betonte) spekulativ. Dass sie “verschwinden, wenn die Verdampfungsrate die Akkretionsrate übersteigt” ist dabei unpräzise ausgedrückt, aber ich weiß, was Sie meinen. Die Akkretionsrate können Sie jedenfalls auf der Grundlage astrophysikalischer Gesetze (sog. Eddington-Akkretionsrate) abschätzen und finden, dass Mini-Löcher sehr ineffiziente “Materieschlucker” sind. Herr Röser hat den berechtigten Einwand, dass Mini-Löcher am LHC (falls sie überhaupt entstehen) zunächst “im Vakuum verhungern und dann schnell zerstrahlen”. Sollten sie dennoch die Detektorwand erreichen, so erwartet sie in der atomaren Welt ebenfalls viel Leere, weil zwischen Atomkernen und Atomhüllen im Wesentlichen nichts zu finden ist. Ohne Futter verhungert ein Schwarzes Loch. Aber auch mit Futter ist ein Mini-Loch als Leichtgewicht kein guter Verschlucker und braucht ewig für ein nennenswertes Wachstum. Rechnerisch demonstriert dies die Eddington-Formel.

    @Martin Gatmin
    Sie erklären den Impulserhaltungssatz und dessen Konsequenzen am LHC korrekt. Entstünde tatsächlich im Collider ein Mini-Loch, so wäre es etwa in Ruhe. In der Folge erwarten die Physiker (wie bereits vielfach in den KOSMOlogs und anderswo beschrieben) den schnellen Zerfall des Mini-Lochs infolge des Hawking-Effekts – noch bevor es die Detektorwand erreicht. Ohne Zerfall würde das Loch Richtung Erdkern fallen, wie alle Massen. Auf diesem Weg könnte es andere Teilchen und Atomkerne etc. treffen, aber die Wahrscheinlichkeit für einen Treffer (Physiker nennen es den Streuquerschnitt) ist extrem gering. Entsprechend gering wäre die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mini-Loch das andere träfe etc. Alle realistischen Abschätzungen zeigen, dass ein Lochwachstum extrem lange dauern würde.
    Ich kann gerne ein paar konkrete Zahlenbeispiele vorstellen, falls das gewünscht wird.

    Gruß,
    Andreas Müller

  9. Zahlenbeispiele

    @ Andreas Müller

    Hallo, und danke für die Antworten. Ein Zahlenbeispiel wäre sicher interessant, wobei ich befürchte in Mathematik doch ein wenig “eingerostet” zu sein, und den Berechnungen / Formeln wohl kaum folgen werden kann. Aber wenn es Ihnen nicht zuviel Mühe macht wäre ich einigen “beruhigenden” Zahlen sehr aufgeschlossen.

    Immerhin steht die Renovierung des Hauses an und ich würde mich schon ärgern wenn sich kurz nach Abschluß der Arbeiten ein hungriges schwarzes Loch meine Werk einverleibt 🙂

    Gruß
    M. Gatmin

  10. Ein Positivbeispiel

    @Andreas Müller
    Ein paar Tage nach meinem Posting “Astronomie im ZDF” vom 4.6.08 kam dann in 3sat die Sendung “Scobel” (früher “Delta”), wo sich der sehr interessierte Moderator mit drei Wissenschaftlern (u.a. Günter Hasinger) über die Risiken des LHC unterhielt. So hätte man es gerne öfter. Nur auf die ziemlich simplen Einspielfilme könnte man gerne verzichten. Ein anderes gutes Beispiel für Wissenschafts-Fernsehen ist natürlich Harald Lesch und seine Sendung “Alpha Centauri”, die leider, leider eingestellt worden ist. Aus der DVD-Edition habe ich so manche gute Anregen erhalten. Man darf gespannt sein, wie sich Lesch als Moderator im ZDF schlägt. Besser wäre allerdings, er würde sich im ZDF nur über Astronomie verbreiten, also in seinem Fachgebiet. Ich befürchte allerdings, das ZDF ist mehr an seinem fast schon Popstar-mäßigen Image interessiert und weniger an seiner Fachkompetenz. Man will “Gesichter” und nicht “Köpfe”.

  11. bei aller toleranz…

    bezüglich Meinungen, fände ich es besser, Herrn Rössler nicht zu diskreditieren. Mag sein, dass er andere Ansichten hat, die auch durchaus widerlegbar sind. Aber wenn man es schlecht heißt, dass er seine Meinung Kund tut (Zitat: “Einziger Wermutstropfen: Dem Chaosforscher Prof. Otto Rössler hat man abermals ein Forum gegeben”), dann ist das nichts weiter als Neid und Missgunst. Auch wenn ich Rössler nicht zustimme, so hat er doch trotzdem das Recht, sich zu äußern. Ich hasse es, dass es in der Wissenschaft zugeht wie unter Frauen…

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