Physik-Nobelpreis für Geheimwissenschaft

07.10.2015

Die höchste Auszeichnung der Physik ist zum Spielball undurchschaubarer Forschungsindustrien geworden, die sich von den wissenschaftlichen Spielregeln verabschiedet haben

Das Nobelkomitee befand in diesem Jahr Experimente als preiswürdig, welche die wechselseitige Umwandlung von Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos belegt haben sollen. Genannt wird dieses Phänomen Neutrino-Oszillationen. Zusammen mit Up-, Down-, Strange-, Charm-, Bottom- und Top-quarks, die in jeweils drei "Farben" vorkommen, W-, Z- und Higgs-Bosonen sowie etlichen anderen angeblich "elementaren" Naturbausteinen muss diese hochkomplizierte Modell jedem, der Physik als eine Wissenschaft des Verstehens in der naturphilosophischen Tradition von Einstein, Dirac und Schrödinger begreift, suspekt erscheinen.

Ein Meilenstein hin, ein Meilenstein zurück

Bei der Lektüre der gestern veröffentlichten Begründung fragt man sich darüber hinaus, wie ernst sich eigentlich das Nobelkomitee selbst noch nimmt. In der offiziellen "Information für Fortgeschrittene" heißt es wortwörtlich, das Ergebnis sei ein

Major milestone for elementary particle physics. It represents compelling experimental evidence for the incompleteness of the Standard Model.

Nobelkomitee

Es sei also erwiesen, dass das Standardmodell der Teilchenphysik unvollständig ist. Zwei Jahre vorher war allerdings noch die Vollständigkeit des Modells gefeiert worden, denn bei der Verleihung des Nobelpreises für das Higgs-Boson 2013, hieß es ebenfalls in der Begründung, die Entdeckung sei

A milestone for particle physics and a tremendous success for the Standard Model.

Nobelkomitee

Die Physik produziert schon erstaunliche Erfolgsgeschichten. Entweder man findet eine fantastische Betätigung des Modells (2013) oder eine noch spannendere Abweichung davon (2015) - aber beides sind natürlich Meilensteine der Teilchenphysik. Das klingt eher nach perfekt organisierter Selbstbeweihräucherung als nach Wissenschaft. Aber kann vielleicht doch auch ein unvollständiges "Standardmodell" doch erfolgreich sein? Nein.

Wissenschaftliche Rumpelkammer

Das "Standardmodell" der Teilchenphysik ist nichts anderes als ein Konglomerat von Begriffen, das zur Beschreibung von Hochenergie- und Neutrinoexperimenten verwendet wird, über beliebige Möglichkeiten zur Erweiterung verfügt, ohne auch nur den Anspruch zu erheben, grundlegende Mechanismen erklären zu können. Zu all den grundlegenden Rätseln1, die seit hundert Jahren ungelöst sind, hat das Standardmodell nichts zu sagen.

Als Kommunikationstool für die Öffentlichkeit gaukelt das Standardmodell vor, die Physik würde fundamentale Fragen untersuchen, anstatt nur technologische Grenzen auszuloten. Das Schlimmste daran ist, dass kein dem Modell widersprechendes Resultat denkbar ist, das nicht mit einer geeigneten Erweiterung verdaut werden könnte - der Wissenschaftsphilosoph Karl Popper bezeichnete dies als Nichtfalsifizierbarkeit und es bedeutet das Todesurteil für eine wissenschaftliche Theorie. Eigentlich.

Dass unbrauchbare Modelle in der Wissenschaftsgeschichte trotzdem lange weiterleben, wurde jedoch an vielen Beispielen beobachtet, mit der Phlogiston-Theorie zur Verbrennung, der Theorie der versunkenen Landbrücken zwischen Kontinenten oder dem geozentrischen System der mittelalterlichen Astronomie, den berüchtigt-komplizierten Epizyklen.

Der Philosoph Thomas Kuhn hat diese Mechanismen in seinem Werk The Strucutre of Scientific Revolutions brillant analysiert und die wesentlichen Merkmale identifiziert: Fortschreitende Verfeinerung und Komplizierung des Modells (Paradigma), über das sich in der Forschergemeinde ein breiter Konsens gebildet hat, einhergehend mit immer neuen unerwarteten Ergebnissen (Anomalien), die ohne nähere Begründung durch neue ad-hoc postulierte Konzepte "gelöst" werden. Die Neutrino-Oszillationen sind geradezu ein Paradebeispiel dafür. Wer diese von Kuhn genannten Anzeichen in den heutigen Standardmodellen nicht wahrnimmt, ist blind.

Trotzdem gibt es Leute, die zur Not lieber die Gesetze der Logik oder Wissenschaftsgeschichte umschreiben würden als zuzugeben, dass sich die aktuelle Grundlagenphysik in einer Krise befindet. Die Natur sei eben so, wie sie sich in den Experimenten zeige und damit basta. Gehen wir trotz allem einen Moment auf diese Argumente ein, und schauen, was die Neutrinophysik als Belege für Ihre Behauptungen anzubieten hat.2

Unterirdische Methodik

Die erste "direkte" Evidenz für die sogenannten Oszillationen wurde von einem Experiment im Super-Kamiokande Detektor gemeldet, der sich in einer stillgelegten Zinkmine in Japan befindet. Dabei geht es um die Häufigkeit einer Neutrinosorte, die nach gängiger Vorstellung beim Zerfall von Myonen entsteht. Myonen wiederum entstehen, wenn hochenergetische Teilchen aus dem Weltraum (meist Protonen) auf Moleküle in den obersten Atmosphärenschichten prallen.

Tatsächlich ist die Erdoberfläche so einem gewaltigen Bombardement von Myonen ausgesetzt, die obendrein die Eigenschaft haben, kilometerdicke Gesteinsschichten durchdringen zu können. Um die Experimente vor dem Einfluss der unerwünschten Signale zu schützen, führt man sie eben unterirdisch in Minen oder Gebirgsmassiven aus und stattet sie mit einem Antikoinzidenz-Zähler aus. Dieser vergleicht, ob ein Teilchen auch zeitnah durch einen Kontrolldetektor außerhalb des eigentlichen Experiments gegangen ist; wenn ja, wird das Signal hinauskomplimentiert. Durch weitere Software gibt man sich alle erdenkliche Mühe, die Myonen-Ereignisse herauszufiltern.

Das Ergebnis des Super-Kamiokande-Experiments bestand nun darin, dass immer noch mehr Myon-Neutrinos als erwartet aus der Richtung der Atmosphäre kamen als von unten, vom Erdinneren. Ist das wirklich so eine Überraschung? Eine natürliche Vermutung, die sich aufdrängt, wäre eben, dass trotz aller Bemühung doch ein paar unerwünschte Signale aus der Atmosphäre den Detektor erreicht haben. Nicht so die Analyse der Gruppe: Das andauernde Bombardement aus dem Kosmos und die dadurch massenweise erzeugten Myonen hätten damit nichts zu tun, der Detektor sei nach oben perfekt gegen Myonen abgedichtet. Nach unten sei der Detektor dagegen offen wie ein Scheunentor: es ist ja nur die Erdkugel dazwischen, die nach der Theorievorstellung von Myon-Neutrinos leicht durchdrungen werden kann.

Diese gängige Interpretation muss man sich auf der Zunge zergehen lassen: Die Myon-Neutrinos, die auf der anderen Seite des Globus entstanden waren und nun von unten in den Detektor eintreten, seien deswegen weniger zahlreich als die von oben kommenden, weil sie sich inzwischen in Elektron-Neutrinos umgewandelt haben (die allerdings keiner gesehen hat) - nicht etwa, weil man bei der Abdichtung einen Fehler gemacht hat. Überflüssig zusagen, dass zu dieser Zeit der Nachweis der Oszillationen bereits lange ersehnt war.

Wissenschaftliche Gemeinden tendieren dazu, Daten auszusondern, die ihren Überzeugungen widersprechen, und umgekehrt ihre experimentellen Techniken auf Phänomene abzustimmen, die diesen Überzeugungen entsprechen.

Andrew Pickering, Autor von "Constructing Quarks"

Wissenschaft lebt von Transparenz

Müssen wir das glauben? Den Kriterien wissenschaftlicher Transparenz und Wiederholbarkeit genügt es jedenfalls nicht. Denn niemand kann die Rohdaten oder auch die Computersimulationen der atmosphärischen Neutrinoschauer wirklich überprüfen, sie sind nicht zugänglich. Das heißt nicht, dass absichtliche Manipulationen vorliegen müssen, aber einen echten Anreiz zur Fehlerüberprüfung gibt es nicht (und auch keine Behörde, die Abgastests anordnet). Einem mir bekannten Wissenschaftler, der höflich anfragte, ob er denn in die Rohdaten Einsicht nehmen könne, wurde kaltschnäuzig bedeutet: "It's not our policy to do this" - es ist nicht unsere Gepflogenheit.

Während zum Beispiel das CERN tatsächlich nicht mehr in der Lage ist, seine sinnlos großen Datenmengen zu bewältigen, ist es in der Neutrino-Community einfach nur arrogante Unlust, die Daten so vernünftig aufzubereiten, dass sie unabhängig überprüft werden können. Dabei gäbe es genug einfachere Experimente, deren Daten man sehr wohl ins Netz stellen könnte, zum Beispiel das Neutrinoexperiment von Leon Lederman 1962, das als Nachweis der Myon-Neutrinos gilt. Aber auch dazu findet sich nichts, obwohl es interessant wäre die schon damals exzessive Filterung der Daten zu überprüfen.3 Es ist unerlässlich, dass solche Experimente wiederholt und die Rohdaten frei verfügbar werden.

Was heißt hier eigentlich Schwingung?

Das methodisch fragwürdigste Element der beschriebenen Experimente betrifft den Begriff "Oszillation". Jeder vernünftige Mensch versteht unter einer Oszillation ein Signal, dessen Intensität periodisch zu- und abnimmt.

Höchst befremdlich ist, dass sämtliche Nachweise der Neutrino-Oszillationen nur auf einem Verschwinden des Signals beruhen, nie auf einer Zunahme. Einzige Ausnahme: Ein (!) Tau-Neutrino wurde von der OPERA-Kollaboration festgestellt, die sich auch schon durch andere Messfehler blamiert hat. Kurz: alle Hinweise sind bisher durch Nichtsehen zustande gekommen. Im wissenschaftlichen Jargon heißt dies dann "direkte Evidenz" - leider kein von Vernunft geschützter Begriff.

Im Bemühen, das Ergebnis greifbarer darzustellen, als es ist, spricht die offizielle Begründung vom "Nachweis" der Masse von Neutrinos. Das ist schlicht falsch. Seit Jahrzehnten bemühen sich Hightech-Experimente vergeblich, auch winzigste Massen nachzuweisen, etwa das KATRIN-Experiment im Bereich von 0,2 Elektronenvolt (Ruheenergie nach E=mc2).

Wie sinnvoll das Wolfgang Pauli finden würde, der als Vater der Neutrinoidee gilt4, ist eine andere Frage - er hatte eine Masse von 511 Kiloelektronenvolt, also über eine Million Mal mehr vermutet. Solange es Fördergelder dafür gibt, wird die Suche aber bestimmt weitergehen, ohne dass jemand einen Gedanken darauf verschwendet, dass die Natur außerhalb unserer Denkboxen vielleicht einen triftigen Grund dafür hat, dass keine Masse messbar ist.

Die Verbindung der Oszillationen mit der hypothetischen Masse von Neutrinos besteht in einem rein theoretischen Mechanismus - nicht mehr als einer Phantasie, die im Übrigen das Durcheinander des Standardmodells noch verstärkt. Der Higgs-Mechanismus, der angeblich das Phänomen der Masse erklären sollte (eine ohnehin schon absurde Behauptung), funktioniert hier nicht, man muss also weitere willkürliche Anbauten zum Standardmodell hinzufügen …

Als ich vor ein paar Jahren dem Leiter eines Neutrino-Experimentes in einer per E-Mail geführten Unterhaltung die Willkürlichkeit dieser Konstruktionen vorhielt, antwortete er: "Einer der Väter dieses (seesaw) Modells ist der Nobelpreisträger Steven Weinberg!" Dies beleuchtet das autoritätsgläubige Halbwissen, mit der wissenschaftliche Debatten heute geführt werden. Auch unter den sogenannten Experten gibt es niemanden, der überzeugend eine Evidenz für Neutrino-Oszillationen darlegen kann, ohne dass er Lücken in der Argumentation durch allgemeine Glaubenssätze füllt. Jede Diskussion darüber mündet sehr bald in die Feststellung dass diese "Oszillationen" allgemein akzeptiert und lange etabliert sind.

Die Bedeutung ist eben nicht nur akademisch

Ich kann an die intellektuelle Redlichkeit derer nicht mehr glauben, die diese Modelle als auch nur annähernd sinnvolle Abbilder der Realität bezeichnen. Bei der Neutrinokonferenz TAUP 2011 in München wurde von einer Vortragenden aus Yale allen Ernstes vorgeschlagen, dass es neben den Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos noch eine weitere vierte und fünfte Art geben könne. Das sei beyond the standard model und daher fun. Teile der heutigen Grundlagenphysik sind zu einem Geschwätz verkommen, dessen sich die Gründerväter der modernen Wissenschaft schämen würden.

Auch noch so viel historische Ignoranz und Unkenntnis von wissenschaftsmethodischen Werken wie von Thomas Kuhn, Andrew Pickering, oder Harry Collins kann nicht entschuldigen, dass in den Communities der sogenannten Experten kein Rest von Reflexion darüber mehr verblieben ist, ob man sich nicht verlaufen hat.

Der wissenschaftliche Diskurs beschränkt sich heute auf irrelevante Detailprobleme, Fragen, die die Existenz des Forschungsfeldes in Frage stellen würden, sind faktisch tabu. Es gibt einfach eine massive Interessenkollision. Niemand, der nicht vom Forschungsgebiet unmittelbar profitiert, ist in der Lage, sich in einer Weise kritisch zu dessen Grundlagen zu äußern, die von den Beteiligten akzeptiert würde.

Am Beispiel der Neutrinophysik muss man der Möglichkeit besonders ins Auge sehen, dass auch wissenschaftliche Eliten intellektuell korrupt sein können. Der Unterschied liegt hauptsächlich darin, dass diese sich durch vermeintliches Expertentum weitgehend der gesellschaftlichen Kontrolle entziehen können.

Es ist - wie in anderen Fällen - nicht leicht, die maroden Teile der Forschung zu identifizieren und von den gesunden abzusondern. Helfen kann der Physik auf Dauer nur vollkommene Transparenz, das heißt Offenlegung der Rohdaten und Auswertungen. Diese Bedingung sollte an jede öffentliche Förderung geknüpft werden. Auch wenn Sie mit mir nicht in allem beipflichten - als Steuerzahler sollten Sie hier übereinstimmen.

Die Öffentlichkeit entwickelt langsam ein Bewusstsein dafür, Kungelei und Geheimniskrämerei in geschlossenen Zirkeln dem politischen Prozess nicht guttun. Dass dies in der Wissenschaft auch schädlich sein könnte, wird nicht so wahrgenommen. Man vergisst aber leicht, dass die Entwicklung der Zivilisation über ganz lange Zeiträume mindestens ebenso von wissenschaftlichen Fortschritten geprägt wurde (bezeichnenderweise hat hier die Neutrinophysik seit achtzig Jahren auch nichts beigetragen) als von politischen oder gesellschaftlichen Systemen. Irrwege unserer wissenschaftlichen Königsdisziplinen sind also nicht egal, sondern können verhängnisvoll sein. Preisverleihungen wie die diesjährige geben Anlass, darüber nachzudenken.

Weil die Selbstkorrekturmechanismen der Wissenschaft nicht mehr funktionieren, muss die Öffentlichkeit diese kontrollieren. Dazu muss die Wissenschaft ihre Resultate transparent und verständlich machen. Ich gehe davon aus, dass ich für diese These Widerspruch ernte, und möchte daher mit Worten von Erwin Schrödinger antworten, dessen Porträt heute die Webseite der Nobelakademie ziert - ein ganz kleiner Trost.

Eine theoretische Wissenschaft, die sich nicht dessen bewußt ist, daß die Begriffe, die sie für relevant und wichtig hält, letztlich dazu bestimmt sind, in Begriffe und Worte gefaßt zu werden, die für die Gebildeten verständlich sind, und zu einem Bestandteil des allgemeinen Weltbildes zu werden - eine theoretische Wissenschaft, sage ich, in der dies vergessen wird und in der die Eingeweihten fortfahren, einander Ausdrücke zuzuraunen, die bestenfalls von einer kleinen Gruppe von Partnern verstanden werden, wird zwangsläufig von der übrigen Kulturgemeinschaft abgeschnitten sein; auf lange Sicht wird sie verkümmern und erstarren, so lebhaft das esoterische Geschwätz innerhalb ihrer fröhlich isolierten Expertenzirkel auch weitergehen mag.

Erwin Schrödinger
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