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Jubiläum am CERN Grünes Licht für die Weltmaschine

SDA/uri

16.12.2019

Der Large Hadron Collider (LHC) am Genfer Kernforschungszentrum Cern ist die Weltmaschine – sie hat schon für etliche wissenschaftliche Sensationen gesorgt. Vor just 25 Jahren fiel die Entscheidung zum Bau.

Im Dezember 1994 erteilte das Cern Council die Bewilligung für den Large Hadron Collider (LHC), den leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt. Am 10. September 2008 nahm das Cern den Large Hadron Collider (LHC) schliesslich in Betrieb. Die Forschenden setzten damals grosse Hoffnungen auf die gewaltige Maschine, um damit dem Innersten der Materie auf die Schliche zu kommen. Zehn Jahre können sie durchaus zufrieden sein.

Der mächtigste Teilchenbeschleuniger der Welt hat 2012 eine Sensation ermöglicht: Mit seiner Hilfe konnten Forschende am CERN die Existenz des Higgs-Bosons experimentell bestätigen. Bis dahin war dieses schwer zu fassende Elementarteilchen nur theoretisch vorhergesagt worden. Es liefert die Erklärung, woher alle Elementarteilchen – ausser dem Higgs-Boson selbst – ihre Masse erhalten.

Der Nachweis dieses Teilchens war ein grosser Fortschritt, um das unendlich Kleine zu verstehen, und bestätigte das Standardmodell der Teilchenphysik. Dieses mathematische Modell beschreibt die Teilchen und ihre Wechselwirkungen. Es weist jedoch Lücken auf, weshalb Forscherinnen und Forscher auch mithilfe des LHC nach einem neuen, umfassenderen Modell suchen. Bisher mussten sie ihr physikalisches Weltbild jedoch nicht umkrempeln.

Hoffen auf NeuentdeckungCern gibt grünes Licht für Jagd nach neuen Teilchen

Obwohl die Suche nach dem Higgs-Boson und seine Erforschung eines der Hauptziele des LHC war und ist, ermöglicht der Beschleuniger auch andere Forschungsbemühungen in Bereichen, die einer Science-Fiction-Serie würdig wären. Die Experimente am LHC befassen sich mit der mysteriösen dunklen Materie, den Eigenschaften von Antimaterie und der Suche nach verborgenen Dimensionen.

Ein Juwel der Technologie

Der LHC ist nicht nur eine der aussergewöhnlichsten Maschinen, die je gebaut wurden. Der Teilchenbeschleuniger stellt auch eine ausserordentliche technologische Leistung dar. Hundert Meter unter der Erdoberfläche ist der 27 Kilometer lange Ring mit starken Magneten bedeckt, welche die Protonen- und Ionenstrahlen lenken.

Die Röhre, durch welche die Teilchen sausen, ist auf minus 271 Grad Celsius gekühlt, nur zwei Grad über dem absoluten Temperaturminimum. Dadurch können die Magnete im supraleitenden Zustand arbeiten. In diesem Gefrierschrank kollidieren also die Protonen – bei Energien, die noch nie ein Teilchenbeschleuniger erreicht hat.

In einer ersten Betriebsphase des LHC kollidierten die Protonen bei 7 TeV (Teraelektronvolt). Im Jahr 2015 steigerten die Cern-Forschenden die Kollisionsenergie schrittweise auf 13 TeV. Bis 2021 soll sie sogar auf 14 TeV steigen, die maximale Kapazität der Maschine.

Physikalisches Neuland

Bei solchen Kollisionsenergien begeben sich die Wissenschaftler auf Erkundungsreise in absolutes Neuland. So manche Überraschung könnte auf sie warten, die sie dazu bringen könnte, ihre physikalische Weltanschauung radikal zu ändern. Die Konkurrenten des LHC können ihm in dieser Hinsicht nicht das Wasser reichen. So erreicht das ebenfalls berühmte Fermilab in Chicago nur 2 TeV.

Der LHC soll voraussichtlich bis 2040 laufen. Bis dahin soll der Beschleuniger eine grosse Generalüberholung durchmachen, um die Anzahl der erzeugten Protonenkollisionen deutlich zu erhöhen. Derzeit liegt diese Zahl bei einer Milliarde pro Sekunde. Im Jahr 2026 soll sich diese Zahl verfünffachen.

Mehr Kollisionen bedeutet mehr Daten, und in der grösseren Datenfülle hoffen die Teilchenphysikerinnen, eher auf seltene Ereignisse zu stossen, die bisher übersehen wurden. Vielleicht lassen sich bisher unentdeckte Teilchen mit dem verbesserten Beschleuniger aufspüren. Auch das Higgs-Boson können die Forscher besser studieren, da es bei mehr Kollisionen ebenfalls in grösserer Anzahl entsteht.

Eine Maschine wie den LHC zu bauen, braucht Zeit und vorausschauende Planung. So denkt das Cern bereits über den Nachfolger des Large Hadron Collider nach. Der nächste Beschleuniger soll einen Umfang von 100 Kilometern besitzen und ebenso wie der LHC an der französisch-schweizerischen Grenze liegen.

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