Sag niemals nie, das gilt in der Wissenschaft genauso wie in vielen anderen Lebenslagen. Und doch glaubten die Vordenker der Quantenelektrodynamik, dass man ihre theoretischen Feststellungen niemals praktisch nachweisen könnte. So beschrieben Gregory Breit und John Wheeler 1934 erstmals, wie sich Licht durch Erzeugung eines Elektronen-Positronen-Paares in Materie umwandeln ließe. Nobelpreisträger Julian Schwinger führte dies in den 1960er Jahren fort, indem er postulierte, dass man bei sehr hoher Feldstärke Elektronen und Positronen aus dem Vakuum herausreißen könnte. Diese Theorie der Quantenelektrodynamik ist weltweit akzeptiert, einzig ihre Gültigkeit bei hohen Feldstärken und der direkte Nachweis von Paarerzeugung aus dem Vakuum steht aus – bis jetzt.
Abb.: Dominik Hollatz bei „seinen“ Magneten, die die Elektronen-Positronen-Paare ablenken und ohne die das Experiment nicht möglich wäre. (Bild: C. Rödel, FSU)
„Wir sind gerade mitten im Versuch, die Tür zu einer neuen Physik zu öffnen“, sagt Christian Rödel von der Uni Jena, „der Schwinger-Physik.“ Erstmals haben sich dazu internationale Wissenschaftlerteams zusammengetan, um am Rutherford Appleton Laboratory in der Nähe von Oxford in England das neuartige Experiment zu wagen. „Durch moderne Lasertechnologie und extrem intensive Laserstrahlung ist das früher Unmögliche denkbar geworden – dass wir durch Licht-Licht-Wechselwirkung Materie erzeugen“, so Rödel weiter. In einer vier Quadratmeter großen Vakuumkammer lassen die Forscher dafür hochenergetische Photonen mit einem Hochintensitätslaserstrahl kollidieren. Bei der Kollision sollten nach der QED-Theorie einige Elektronen-Positronen-Paare entstehen, also Materie und Antimaterie, die als geladene Teilchen von mehreren Magneten abgelenkt und dann von einem extrem empfindlichen Detektorsystem gemessen werden können.
Zentralen Anteil am Versuchsaufbau haben Doktoranden von der Uni Jena: Dominik Hollatz hat wesentlich zur Entwicklung der Magneten beigetragen, die die Elektronen-Positronen-Paare ablenken und ohne die das Experiment nicht möglich wäre. Andreas Seidel hat außerdem eine spezielle Plasmalinse mitentwickelt, die eine größere Photonendichte im Experiment sicherstellt. Beide werden Aspekte des Experiments in ihren Dissertationen auswerten und beschreiben. Auch die weiteren Wissenschaftler werden sich in den kommenden Monaten mit der Analyse der riesigen Menge an Daten befassen.
„Ob der Versuch glückt oder nicht, wir betreten hier komplettes Neuland. Das könnte die Teilchenphysik revolutionieren“, sagt Rödel. „Die Effekte, die wir untersuchen, könnten wichtige Prozesse sein, die in den ersten hundert Sekunden nach dem Urknall abgelaufen sind – als allein aus Licht Materie entstanden ist." Auch deshalb entstehen derzeit in Europa drei große Forschungszentren, die QED-Effekte in starken Laserfeldern untersuchen und die Physik im Sinne Julian Schwingers – und des Erstversuchs – vorantreiben werden.
FSU / RK
