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CERN: Start der Urknall-Maschinerie!

Nichts weniger, als der Beginn des Universums soll beim größten Forschungsprojekt aller Zeiten simuliert werden. Jetzt geht's los!



Ein Arbeiter schweißt Teile des 27 Kilometer langen Vakuumtunnels bei CERN in der Schweiz zusammen.
Picture by CERN

Fast 20 Jahre lang haben Tausende Wissenschafter und Techniker - unter ihnen auch Ingenieure aus dem Wiener U-Bahnbau - an dieser 27 Kilometer langen, kreisrunden "Rennbahn der Atomphysik" im Grenzland zwischen der Schweiz und Frankreich unter dem Genfer See gearbeitet - die "Krone" berichtete mehrmals ausführlich. Der "LHD" (englisch: "Large Hadron Collider") ist ein Projekt das seine Mitgliedstaaten (darunter auch Österreich) mehrere Milliarden Euro gekostet hat und dafür aber technisch alles in den Schatten stellt, das je von Menschenhand gebaut wurde: In zwei gegenläufigen Vakuumtunnels werden - wenn alles gut geht ab kommenden Mittwoch - winzige Teilchen (sogenannte Hadronen) auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt im Kreis rasen. Mehr als 1200 aneinander gereihte Supermagneten, jeder so groß wie ein Linienbus und gekühlt mit 700.000 Liter flüssigem Helium sorgen dafür, dass die aus Wasserstoff gewonnenen Protonen-Pakete ihre Bahn nicht verlassen und steuern sie so, dass sie an vier vorgegebenen Stellen mit einer Wucht gegeneinanderprallen, wie sie nur beim Urknall, zu Beginn unseres Universums, geherrscht hat.

An diesen vier Stellen (siehe Graphik) haben die Techniker circa 100 Meter unter dem Genfer See vier riesige Detektoren in unterirdischen Hallen errichtet, um, abgeschirmt von der Außenwelt, die Bruchstücke der auf diese Weise zerstörten Materie-Bausteine "aufzusammeln" und zu untersuchen.

Unvorstellbare 600 Millionen Mal pro Sekunde erfolgt so eine Kollision und soll - so hoffen die Forscher - mithilfe gigantischer Computer die all diese Daten sammeln, filtern und bewerten, das eine oder andere Geheimnis der Physik lüften. Unter anderem dieses Daten-Filtergerät namens "Global Trigger" haben österreichische Physiker dem Forschungszentrum CERN beigesteuert. In Bruchteilen von Sekunden muss es entscheiden, welche der Kollisionen interessante Ergebnisse enthalten könnten und welche nicht.

Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger von CERN wird man winzige Schwarze Löcher erzeugen können. Hier eine Simulation.
Picture by CERN

Wonach die Forscher mit diesem gigantischen Aufwand suchen? Eines der alltäglichsten Phänomene der Physik, die Schwerkraft, ist trotz Genies wie Albert Einstein und Stephen Hawking bis heute ungeklärt. Was unterscheidet Materieteilchen, die Masse haben und dementsprechend auf ihre Umgebung reagieren von solchen (wie zum Beispiel Lichtteilchen, die Photonen), die ungebremst mit "Lichtgeschwindigkeit" (300.000 Kilometer pro Sekunde) durch den Weltraum rasen? Die Wissenschafter haben dafür noch keine Erklärung gefunden. Und eine Antwort darauf könnte - so wie einst das Entschlüsseln der Elektrizität - unser Leben für immer verändern.

Auf dem Papier hat der schottische Physiker Peter Higgs schon 1964 eine schöne Erklärung gefunden wie das mit der Schwerkraft und den unterschiedlichen Eigenschaften der bisher entdeckten kleinsten Teilchen funktionieren könnte. Er musste dazu nur leider für seine Formeln ein zusätzliches "Puzzlestück" erfinden, sonst gingen sich seine Rechnungen nicht aus: Es ist das nach ihm benannte "Higgs-Boson"(die Formel dazu siehe Faksimile links). So elegant die Formeln des Schotten mithilfe dieses Higgs-Bosons auch aussahen, in der Praxis hat nur leider bis heute niemand - trotz fieberhafter Suche - ein solches Teilchen nachweisen können. Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger von CERN - so sind die Forscher überzeugt - müsste es aber gelingen. Denn er soll als bisher größter seiner Art als einziger auch in der Lage sein, ein sogenanntes "Quark-Gluon-Plasma" zu erzeugen, gewissermaßen die Ursuppe, die Sekunden nach dem Urknall das Universum erfüllt haben soll.

Schlagzeilen hat das Forschungszentrum CERN mit seiner Urknallmaschine in den vergangenen Monaten nicht nur wegen eines schrägen Atomphysiker-Rap-Songs auf der Internet-Plattform Youtube gemacht, den eine Physikerin komponiert hat, sondern auch deshalb, weil bekannt wurde, dass sich bei diesen "elementaren Feuerwerken" auch winzigkleine Schwarze Löcher bilden könnten. Sofort kam die Sorge auf, ein solches selbstgemachtes Schwarzes Loch, das draußen im Weltraum sämtliche Materie (inklusive Licht) in sich hinein schlürft, könne das Ende der Menschheit und des Planeten Erde sein. Eine Sorge, die die CERN-Forscher vor allem deshalb verstehen, weil die Regeln der Physik in diesem komplizierten Bereich für Laien einfach schwer verständlich sind. Mit zwei Erklärungen wollen die Wissenschafter besorgte Skeptiker beruhigen: Erstens ist die von zwei zusammenstoßenden Teilchen im Inneren des Teilchenbeschleunigers ausgehende Energie so gering, dass ein eventuell für Sekundenbruchteile entstehendes Schwarzes Loch fast gleichzeitig wieder zerfallen würde. Und zweitens rasen in jeder Minute aus dem Weltraum Materieteilchen mit viel höherer Energie zu uns auf die Erde und werden bei Frontalzusammenstößen in der Atmosphäre in ihre Bestandteile zerrissen. Im Vergleich zu diesem natürlichen Bombardement - so sagen die Experten - sind die gezielten Kollisionen im Inneren des LHD harmlos.

Bei CERN gibt es unterirdische Experiment-Hallen so groß wie Kathedralen. Hier das CMS-Messgerät.
Picture by CERN

Wenn nun voraussichtlich kommende Woche in CERN - nach einigen Verzögerungen - die mehr als 12.000 Mitarbeiter die Sektkorken knallen lassen, weil der Beschleuniger ganz langsam seine Arbeit aufnimmt, ist den Forschern noch lange vor den ersten wissenschaftlichen Ergebnissen vor allem eines zu wünschen: Dass die größte und komplexeste Maschine die jemals von Menschen gebaut wurde, auch wirklich funktioniert. Bildtext 1: Dieser 27 Kilometer lange "Rennbahn-Tunnel" wurde mithilfe von Österreichs U-Bahn-Experten gebaut. Bildtext 2: ATLAS ist eines der vier riesigen unterirdischen Messgeräte des Teilchenbeschleunigers, die 100 Meter unter dem Genfer See installiert wurden. Suche nach dem Higgs-Teilchen: In Formeln rechnen die Physiker damit. In der Praxis wurde es noch nicht gefunden. Unterirdische Rennbahn: In fast 100 Meter Tiefe unter dem Genfer Seerasen Protonen 11.000 Mal in der Sekunde


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© Eine Reportage von T. Micke (07-09-08) – Kontakt