Als Forscher 2012 die Entdeckung des Higgs-Bosons am Teilchenbeschleuniger LHC des Europäischen Kernforschungszentrums (CERN) in Genf bekannt gaben, war der Jubel allenthalben groß: ein Triumph der Wissenschaft! Das Higgs ist der letzte fehlende Baustein im Standardmodell der Elementarteilchen, und es verrät, wodurch viele andere Teilchen ihre Masse erhalten. Der Nachweis des Teilchens war schon beim Bau des CERN eines der wichtigsten Ziele gewesen. Doch inzwischen stößt der LHC an seine technischen Grenzen. Für die Suche nach Antworten auf etliche noch offene Fragen braucht es einen leistungsfähigeren Nachfolger. Einer von mehreren konkurrierenden Entwürfen sieht dabei einen Riesenbeschleuniger in China vor. In einem Artikel für die Website des US-amerikanischen Magazins "Foreign Policy" übte die 28‑jährige Teilchenphysikerin Yangyang Cheng von der Cornell University, die selbst am CERN forscht, Anfang November 2017 jedoch scharfe Kritik an den Plänen für einen LHC-Nachfolger im Land ihrer Geburt, das sie bereits 2009 im Alter von 19 Jahren verließ. "Spektrum.de" fragte nach.

Spektrum.de: Frau Dr. Cheng, wozu benötigen Physiker einen noch größeren Teilchenbeschleuniger als den LHC?

Yangyang Cheng: Wir haben am LHC bisher nichts gefunden, was über das Standardmodell der Teilchenphysik hinausreicht. Für vieles, was wir in der Natur beobachten, liefert das Standardmodell keine Erklärung. Zum Beispiel bietet es keinen Kandidaten für die Dunkle Materie und kann nicht erklären, warum die elektroschwache Kraft so viel stärker ist als die Gravitation – das so genannte Hierarchieproblem. Meine Kollegen und ich arbeiten am CERN daran, die Fähigkeiten der Detektoren und die Intensität des LHC zu verbessern, um Informationen zu erhalten, auf die wir im Moment keinen Zugriff haben, zum Beispiel über den zeitlichen Ablauf von Ereignissen. Aber wenn wir schwerere Teilchen untersuchen wollen, die bei höheren Energien entstehen, oder bestimmte Ereignisse viel genauer betrachten möchten, als wir es jetzt tun, dann müssen wir einen neuen Beschleuniger bauen.

Yangyang Cheng
© mit frdl. Gen. von Yangyang Cheng
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Die Physikerin wurde in eine Akademikerfamilie in China geboren. 1998 kam sie zum ersten Mal in die USA. Ihr Vater, ein Professor für Maschinenbau, war als junger Gastforscher an die University of California in San Diego eingeladen worden. Kurz nachdem die Familie von dem neunmonatigen Aufenthalt nach China zurückgekehrt war, verstarb Yangyang Chengs Vater plötzlich und unerwartet im Alter von 36 Jahren. Mit 19 kam sie allein in die USA zurück, um ihre Doktorarbeit zu schreiben. Heute arbeitet sie als Postdoc an der Cornell University im Bundesstaat New York. Seit sie China 2009 verlassen hat, ist sie nicht mehr dorthin zurückgekehrt.

Pläne für den nächsten Beschleuniger gibt es sowohl für Europa als auch für Japan und zuletzt auch China. Was sind die Unterschiede zwischen den konkurrierenden Konzepten?

Grundsätzlich geht es um zwei Arten von neuen Beschleunigern. Die einen nennen sich Elektron-Positron-Beschleuniger. In einer derartigen Maschine kollidieren Elektronen mit Positronen, das heißt, Materieteilchen kollidieren mit ihren Antimaterie-Gegenstücken. Wenn sie zusammenstoßen, setzen sie die Energie frei, die sie mit sich führen. Das geschieht auf eine sehr saubere Art und Weise, verglichen mit Kollisionen von Protonen am LHC, wo viel Rauschen in den Messdaten steckt.

Welche Projekte diskutieren Physiker konkret?

Es gibt Pläne für einen Linearbeschleuniger des oben skizzierten Typs namens ILC> (International Linear Collider)Ringbeschleuniger und einen Linearbeschleuniger am CERN . Daneben gibt es Pläne für einen Ringbeschleuniger in China, den so genannten Circular Electron Positron Collider (CEPC). Alle diese Maschinen würden mit einer niedrigeren Energie als der LHC arbeiten, aber eben auch in einer anderen Messumgebung, was hochpräzise Experimente ermöglichen würde.

Es gibt außerdem Pläne für eine zweite Art von Beschleunigern, die eher dem LHC ähneln würden. Um was handelt es sich dabei?

Um so genannte Hadronen-Beschleuniger. Hadronen setzen sich aus mehreren Elementarteilchen zusammen, zu ihnen zählen beispielsweise die Protonen, die am LHC kollidieren. Die nächste Generation der Hadronen-Beschleuniger würde mit viel höheren Energien arbeiten als der LHC. Geplant ist, den Tunnel des vorgeschlagenen chinesischen CEPC mit seinem Umfang von 50 bis 70 Kilometern zu nutzen und dort einen Hochenergie-Hadronen-Beschleuniger namens SppC (Super proton-proton Collider) mit einer Kollisionsenergie von 50 bis 70 TeV (Teraelektronvolt) zu bauen. Der LHC kann nur Energien bis 14 TeV erreichen. Ein ähnliches Konzept gibt es für einen 80 bis 100 Kilometer langen Tunnel am CERN, in dem zunächst ebenfalls ein kreisförmiger Elektron-Positron-Beschleuniger (FCC-ee) und später ein Hadronen-Beschleuniger namens FCC-hh (Future Circular Collider für Hadronen) untergebracht werden könnte. Hinzu kommt die Idee eines High-Energy-LHC, der eine Aufrüstung des LHC mit stärkeren Magneten wäre und Kollisionen bis zu einer Energie von 28 TeV ermöglichen könnte (Anm. d. Red.: Eine Übersicht über die Pläne zum FCC gibt es hier).

Was wäre jeweils der zeitliche Horizont?

Wahrscheinlich könnte keines dieser Projekte vor Ende des nächsten Jahrzehnts realisiert werden. Welcher Beschleuniger letztlich gebaut wird, ist schwer zu sagen. Das hängt von der Lösung der technologischen Herausforderungen, der Koordinierung der Zeitpläne und natürlich von der Finanzierung und der politischen Unterstützung ab.

Suche am CERN
© Jacques Fichet, CERN
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Im kreisförmigen, 27 Kilometer langen Tunnel des LHC rotieren Protonen fast mit Lichtgeschwindigkeit. An ausgewählten Punkten bringen die Physiker zwei Teilchenbündel zur Kollision. Bei dem Crash der Protonen wird Energie in Masse umgewandelt – neue Teilchen entstehen und fliegen davon. Bei einigen von ihnen könnte es sich auch um Partikel handeln, die bisher von keiner Theorie der Physiker beschrieben werden.

Welche neue Physik könnte man an einem kommenden Großbeschleuniger entdecken?

Das wissen wir nicht, denn wir erforschen unbekanntes Terrain. Das ist auch ein Teil des Schönen und Aufregenden an unserer Forschung. Aber wir wissen, dass ein Elektron-Positron-Beschleuniger als "Higgs-Fabrik" funktionieren würde. Diese würde viele Higgs-Partikel in einer sehr sauberen Umgebung produzieren. So könnten wir die Wechselwirkung des Higgs mit anderen bekannten Teilchen genauer untersuchen. Mit diesem Wissen könnten wir bessere Annahmen darüber treffen, wie das Higgs-Teilchen mit bisher unbekannten Teilchen interagieren könnte, zum Beispiel mit Teilchen der Dunklen Materie, die auch Teil meiner Forschung sind.

Was könnte denn Ihrer Ansicht nach hinter der Dunklen Materie stecken?

Wir haben viele kosmologische Hinweise darauf, dass es Dunkle Materie gibt, aber wir kennen ihre genauen Eigenschaften noch nicht. Eine Möglichkeit wäre, dass Dunkle-Materie-Teilchen mit sichtbaren, "vermittelnden" Teilchen interagieren. Doch wir wissen nicht, wie schwer diese Teilchen sein würden. Es ist möglich, dass einige von ihnen extrem schwer sind, im Bereich von Teraelektronvolt. Um sie zu finden, bräuchten wir einen Ringbeschleuniger, der Teilchen auf diesem Energieniveau produzieren kann.

Sie haben sich in einem Artikel für "Foreign Policy" unlängst sehr kritisch zu der Idee geäußert, dass China den nächsten Super-Beschleuniger beherbergt. Was sind Ihre Bedenken?

Erstens konzentriert sich die Beschleuniger-Teilchenphysik heute auf ein Hauptexperiment. Es wird daher voraussichtlich nur einen Nachfolger für den LHC geben. Es wäre besser, einen Elektron-Positron-Beschleuniger zu haben, der gleichzeitig mit einem Hadronen-Beschleuniger in einem anderen Teil der Welt läuft, aber ich bin mir nicht sicher, ob es dafür genügend politischen Willen gibt. Wenn der nächste Beschleuniger in China gebaut wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Feld der Teilchenphysik der chinesischen Regierung unterworfen wird. Es gibt vor allem drei Aspekte, die mich dabei beunruhigen: akademische Freiheit, Technologietransfer und unangemessener politischer Druck im Allgemeinen.

Was meinen Sie konkret damit?

Ein wichtiger Teil der Idee der akademischen Freiheit besteht darin, dass niemand auf Grund seiner politischen Meinung daran gehindert werden sollte, zu forschen. Im autoritären Einparteienstaat China wäre dieses Prinzip in Gefahr. Die Physiker könnten sich um ihrer Karriere willen selbst zensieren. Außerdem ist in China das Internet nicht frei zugänglich. Es ist sehr problematisch für die Teilchenphysik, sich mit einem zensierten Netz zu arrangieren, wo doch das CERN der Geburtsort des World Wide Web ist. Man könnte einwenden, dass alle wissenschaftlichen Daten übertragen werden könnten. Aber ich denke, dass Forscher nicht einen Teil ihrer Freiheit aufgeben sollten, nur um Wissenschaft betreiben zu können.

Und was sind Ihre Sorgen mit Blick auf den Technologietransfer?

China hat eine gewisse Vorgeschichte, was die Beschaffung ausländischer Technologien angeht. Mittlerweile besteht der Wille, die Technologien nicht nur zu beschaffen, sondern auch zu verinnerlichen. Das ist ein Problem sowohl im Hinblick auf Fragen des geistigen Eigentums als auch auf solche der äußeren Sicherheit. Zum Beispiel entwickelt China eine Vielzahl von Instrumenten zur staatlichen Überwachung. Die Technologie, die an einem chinesischen Beschleuniger entwickelt wurde, um die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln, könnte am Ende einen dystopischen Albtraum schaffen.

All das steht in Zusammenhang mit dem dritten Punkt, dem unangemessenen politischen Druck. Wissenschaft kann nicht unabhängig von Politik sein, wenn die Wissenschaft der Politik unterworfen ist. In einem autoritären Einparteienstaat wie China können politische Gründe ein Projekt behindern oder sogar beenden, wenn es einem politischen Zweck dient. Ich versuche, westliche Wissenschaftler davor zu warnen, dass die chinesische Regierung in der Vergangenheit außerordentlich gut darin war, Dinge, die ohne Verbindung scheinen, als politische Druckmittel einzusetzen. Zum Beispiel hat China jahrelang keinen Lachs aus Norwegen importiert, nachdem der chinesische Dissident Liu Xiaobo 2010 den Friedensnobelpreis erhalten hatte. Ein weiterer, jüngerer Fall ist die Schließung einer großen Anzahl südkoreanischer Supermärkte in China als Reaktion auf das in Südkorea installierte US-Raketenabwehrsystem THAAD. Man muss also sehr achtsam sein, will man der chinesischen Regierung nicht mehr Einfluss zugestehen.

Schätzen westliche Wissenschaftler die Art und Weise, wie die chinesische Regierung ihre Macht sichert und ausbauen will, falsch ein?

Ja, ich denke schon. Die chinesische Regierung stellt eine einzigartige Herausforderung für die freiheitlich-demokratische Ordnung dar. Sie ist nicht so streng ideologisch wie beispielsweise die der Islamischen Republik Iran oder die in der ehemaligen Sowjetunion. Sie hat Marktreformen durchgeführt und war sehr gut darin, der strengen marxistischen Ideologie eine "chinesische Prägung" zu verleihen. Sie versucht nicht, ihre Ideologie zu exportieren. Aber jedes Land steht unter wirtschaftlichem Druck. Jedes Land kann mit Kapital ausgestattet werden. Und darin ist die chinesische Regierung extrem gut geworden. Auf diese Weise kann sie ihren Einfluss über ihre Grenzen hinaus ausdehnen, sei es durch die Unterstützung anderer autoritärer Regime oder indem sie Normen und Institutionen freiheitlicher Demokratien schwächt.

CMS-Detektor am Large Hadron Collider (LHC)
© Michael Hoch und Maximilien Brice, CERN
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Wäre ein Beschleuniger in China – einem wirtschaftlich prosperierenden Land – nicht besonders auf nachhaltige Laufzeit und gute Wissenschaft hin ausgelegt? Gäbe es nicht auch Vorteile für die Physik, wenn das Vorhaben dort umgesetzt würde?

Ich finde die Prämisse hinter dieser Frage sehr beunruhigend, dass China momentan ein prosperierendes Land ist und dementsprechend auch in den nächsten Jahrzehnten sein wird. Sie spiegelt die Art und Weise wider, wie die chinesische Regierung will, dass die Welt China sieht. Ich bin beileibe keine Ökonomin, aber auf die kommenden Jahrzehnte gesehen steht China wahrscheinlich vor weitaus größeren Herausforderungen als beispielsweise die USA oder Deutschland.

Könnte es nicht sein, dass Sie den Erfolg Ihres Heimatlandes unterschätzen?

China hat bemerkenswerte wirtschaftliche Fortschritte gemacht. Aber gemessen am Bruttoinlandsprodukt pro Kopf ist jedes der nordamerikanischen und europäischen Länder reicher. Für die westlichen Länder ist es keine Frage des Kapitals, ob sie den nächsten Riesenbeschleuniger bauen wollen oder nicht, sondern eine Frage des politischen Willens. Ein Teilchenbeschleuniger ist teuer, aber nicht zu teuer. Die Kosten liegen in der Größenordnung von einigen Dutzend Milliarden Dollar, aber genauso teuer würde beispielsweise auch Donald Trumps Grenzmauer zu Mexiko sein. Besonders problematisch war für mich zu sehen, wie schnell westliche Wissenschaftler sich auf die Idee eines chinesischen Beschleunigers eingelassen haben, um ihren eigenen Ländern einen Ausweg aus der finanziellen Verantwortung zu bieten. Aber auch chinesisches Geld trägt eben die "chinesische Prägung". Ich finde nicht, dass wir uns nicht auf China einlassen sollten. Das wäre falsch und auch nicht praktikabel. Aber die Verbindung muss von Prinzipien geleitet sein. Sie muss Transparenz, Freiheit, uneingeschränkte Kooperation und Unabhängigkeit von politischem Druck zur Bedingung haben.

Manche Menschen hoffen, dass ein großes internationales Projekt wie ein Teilchenbeschleuniger dazu beitragen könnte, China offener und freier zu machen. Ist das zu optimistisch?

Optimismus ist eine gute Sache, aber ich denke, er darf nicht auf absichtlicher Ignoranz beruhen. Diese Idee "Wenn wir so ein Ding nach China bringen, dann würde das die Bevölkerung und die Politiker schon irgendwie wachrütteln, und sie werden beschließen, das Internet zu öffnen und den Menschen die Freiheit geben, zu lesen und zu sagen, was sie wollen" hat für mich fast neokolonialistische Züge. Als Hongkong vor 20 Jahren an China übergeben wurde, dachten einige, dass das ein Katalysator für die Freiheit in China sein könnte. Heute ist China unfreier und Hongkong unfreier. Dasselbe gilt für die Erwartungen nach dem Beitritt Chinas zur Welthandelsorganisation. Die westlichen Gesellschaften haben den Einfluss Chinas oft unterschätzt und dessen Absichten und Ambitionen missverstanden. Und sie haben gleichzeitig ihr Bekenntnis zu ihren eigenen Prinzipien überschätzt.

Der Verlag Springer Nature (zu dem auch "Spektrum.de" gehört – Anm. d. Red.) hat als Reaktion auf chinesische "Vorschriften" kürzlich einen kleinen Teil seiner englischsprachigen Fachinformationen für den chinesischen Markt gesperrt. Man habe diesen "bedauerlichen Schritt" unternommen, um noch weitaus gravierendere Konsequenzen für wissenschaftliche Autoren und Kunden abzuwenden. Was halten Sie von dieser Entscheidung, die offenbar einem Dilemma entspringt?

Springer Nature ist ein gewinnorientiertes Unternehmen, das Geld verdienen und sein Geschäft ausbauen will. Das sind vernünftige Bestrebungen. Andererseits hat das Streben nach Kapital einige der schrecklichsten Gräueltaten der letzten Jahrhunderte verursacht, wie zum Beispiel die Sklaverei. Ich denke, es sollte nie ohne Prinzipien erfolgen, vor allem nicht bei einem akademischen Verlag. Was für einen Zweck hat ein Wissenschaftsverlag, der den Grundsatz der akademischen Freiheit nicht aufrechterhalten kann? Die Behauptung, dass dieser Schritt notwendig war, um schlimmere Folgen zu vermeiden, ist aus meiner Sicht eine faule Ausrede. Die Entscheidung sollte bei der chinesischen Regierung liegen: Schätzt sie den akademischen Austausch und die Forschungsfreiheit ihrer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf internationaler Ebene tatsächlich oder nicht? Keine Institution, kein Verlag sollte sich je zu einem Vehikel für das von der chinesischen Regierung gewünschte zensierte Bild machen. Die akademische Welt muss intakt und frei bleiben, und die chinesische Regierung muss entscheiden, ob sie sich daran beteiligen will.

Haben Sie nach Ihrer Kritik in "Foreign Policy" Angst vor repressiven Maßnahmen gegen sich oder Familienangehörige in China?

Ich habe viel über diese Frage nachgedacht, als ich an meinem Artikel arbeitete. Meine eigene Distanz zu den noch lebenden Mitgliedern meiner Familie, die komplizierte persönliche Gründe hat, würde ihnen – in einer sehr verdrehten Logik – auch einen gewissen Schutz bieten. Sie haben keine Kenntnis von meinen Aktivitäten an dieser Front. Damit sollten sie auch ihre Ruhe haben, das rede ich mir jedenfalls ein. Ich selbst hatte mich mental auf mögliche Konsequenzen vorbereitet. Ich will nicht paranoid sein und bin es auch nicht. Aber genau wie bei der Frage der akademischen Freiheit und Zensur sind Prinzipien nur hohle Phrasen, bis man Risiken eingehen muss, um sie aufrechtzuerhalten. Für mich ist diese Sache wichtig genug, um dafür etwas zu riskieren. Freiheit hat immer ihren Preis, aber die Kosten, die Freiheit nicht auszuüben, liegen in jedem Fall viel höher.