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CERN: Wir basteln uns den Urknall

Auf einer gigantischen unterirdischen Rennstrecke rasen winzige Partikel im Kreis, nur um dann frontal ineinander zu krachen. Nichts weniger als den Beginn des Universums will man damit simulieren. Noch heuer geht diese Urknall-Maschine in der Schweiz in Betrieb.



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

Diese Maschine sprengt so ziemlich alle Dimensionen der Vorstellungskraft! In einem kreisförmigen Tunnel von knapp 27 Kilometer Länge werden winzige Teilchen auf fast 300.000 Kilometer pro Sekunde beschleunigt. Mehr als 1200 Supermagnete, von denen jeder einzelne mit 14 Metern so groß ist wie ein Lkw und so teuer wie ein Einfamilienhaus, halten zwei solcher gegenläufigen Teilchenstrahlen auf ihrer Bahn. Das Magnetfeld, das sie erzeugen ist 200.000-mal so groß wie jenes unserer Erde. Damit die Stromleitungen, die diese riesigen Hochleistungsmagnete versorgen, nicht sofort durchglühen, ist die größte Kühlanlage der Welt notwendig, die mit 700.000 Liter flüssigem Helium arbeitet. Sie ermöglicht eine konstante Temperatur von minus 271 Grad, wie sie weit draußen im Weltraum herrscht. Bei einer so tiefen Temperatur kann der Strom fast ohne Widerstand fließen. Gigantische Pumpen erzeugen zudem im kreisförmigen Tunnel ein so genanntes ultrahohes Vakuum, ebenfalls wie im All. Vergleicht man das Volumen des 27 Kilometer langen Tunnels, ist das so, als ob man die Wiener Stadthalle absolut luftleer pumpen müsste.

An vier Stellen dieser irrwitzigen Rennbahn 100 Meter unter dem Genfer See werden dann die rasenden Teilchen gegeneinander geleitet, sodass sie mit 99,99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zusammenkrachen und bei einer Temperatur von vielen Milliarden Grad in 1000 Splitter explodieren. An jeder der vier Kollisionskreuzungen ist ein kompliziertes Messinstrument so groß wie ein fünfstöckiges Haus in einer Höhle mit den Dimensionen einer Kathedrale untergebracht, das die Bruchstücke erfassen und messen soll.

Der 27 Kilometer lange CERN-Vakuumtunnel unter dem Genfer See. Hier halten Supermagneten Elementarteilchen auf Kurs
Picture by CERN

Allein das Helium für die Kühlung der Magnete kostet vier Millionen Euro. Und nur die Teilchenkanone, die pro Sekunde mehrere Millionen aus Wasserstoff gewonnene Protonen-Pakete in die Bahn abfeuert, war 1,9 Milliarden Euro teuer.

Unsummen an Geld fließen in dieses neueste Projekt, den so genannten "Large Hadron Collider" (LHC) des internationalen Forschungszentrums CERN, das noch heuer in Betrieb gehen soll und an dem auch Österreich beteiligt ist. Aber schließlich geht es dabei auch um die Fragen: Was war am Anfang von allem? Und: Wie funktioniert unser Universum?

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

Denn seit Einstein mit "E=mc2" der Welt ein fast perfektes Erklärungsmodell für die Frage Was ist Materie? lieferte, stecken die Physiker in einem neuen Dilemma. Ausgerechnet eine der alltäglichsten Kräfte, die Schwerkraft, lässt sich nämlich mit Einsteins Formeln nicht erklären. Warum gibt es Materie-Teilchen (wie z. B. Photonen), die zwar nachweisbar sind, aber keine Masse haben und völlig unbeeindruckt ungebremst (mit 300.000 km/sec) durchs All rasen? Was macht den Unterschied?

Schon 1964 entwickelte der schottische Physiker Peter Higgs dazu eine Theorie die weltweit Anerkennung fand und sehr gut zu Einsteins Formeln passen würde. Sie hat nur ebenfalls einen kleinen, aber wichtigen Haken: Damit diese Theorie funktioniert, fehlt den Forschern neben dem Elektron, drei verschiedenen Neutrinos, sechs Quarks, einem Myon, einem Tauon und zwei Bosonen noch ein Elementarteilchen in ihrer Sammlung, das sich bisher in keinem einzigen Experiment gezeigt hat das nach dem Forscher benannte Higgs-Teilchen.

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

Da im Inneren des Schweizer Teilchenbeschleunigers unter dem Genfer See beim Zusammenstoß zweier Protonen so unglaubliche Bedingungen geschaffen werden wie in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall, hoffen die Wissenschafter, neben der "Ursuppe", dem Quark-Gluon-Plasma, auch noch dieses Higgs-Teilchen aus der Reserve zu locken. Die Forscher sind sich sicher: Wenn es existiert, werden wir es hiermit nachweisen können.

600 Millionen Mal pro Sekunde krachen im Vakuum-Tunnel Protonen aufeinander. Gleichzeitig bricht über die hochsensiblen Messinstrumente eine wahre Datenflut herein, die gefiltert und verarbeitet werden muss. 90.000 Großrechner sind weltweit mit Hochgeschwindigkeitsleitungen über den Nachfolger des "Worldwide Web", das so genannte "Grid" vernetzt, um diesen Informationswahnsinn auszuwerten und zu speichern. Würde man die Datenmenge allein eines Betriebsjahres auf normalen CDs unterbringen wollen, entstünde ein 30 Kilometer hoher Stapel an Rohlingen.

Obwohl am Forschungszentrum CERN seit den 60er Jahren in kleineren Teilchenbeschleunigern mit ähnlichen atomaren Crashtests experimentiert wird, wurde niemals zuvor eine so gewaltige Urknall-Maschine in Gang gesetzt. Erstmals wird dabei so viel Energie frei, dass es an den Kollisionspunkten auch zur Entstehung von winzig kleinen Schwarzen Löchern kommen könnte. Eine beunruhigende Vision: In der X-Large-Version draußen im All schlürfen Schwarze Löcher ja wie riesige Weltraum-Müllschlucker alles (inklusive Licht) in ihrem Umkreis in sich hinein. Wird das Ende der Menschheit ein selbst gebasteltes Schwarzes Miniloch sein? Zum Vergleich: Würde man die Masse der gesamten Erde zu einem Schwarzen Loch komprimieren, würde dieses nur amüsante neun Millimeter groß. Aber die Experten geben zum Glück Entwarnung: Es bestehe keine Gefahr...

Diese gigantische Spinne des CERN-Teilchenbeschleunigers wird Myonen,Tauonen und Gluonen zählen
Picture by CERN

Sollten Sie sich jetzt dennoch fragen, wozu das alles gut sein soll, was dieses Protonen-Ringelspiel im realen Leben für Vorteile bringt? 1989 rief ein Mitarbeiter von CERN, ein gewisser Tim Berners Lee, ein Konzept ins Leben, das Forschern weltweit einen schnellen Informationsaustausch ermöglichen sollte: Das www, unser heutiges Internet. Sein vermutlicher Nachfolger "Grid" wird heuer bei CERN mit dem Start dieses Projektes seine erste richtige Feuertaufe erleben.


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© Eine Reportage von T. Micke (21-01-07) – Kontakt