Im Reich der Teilchenphysiker | Wissen & Umwelt | DW | 04.09.2013
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Wissen & Umwelt

Im Reich der Teilchenphysiker

Am CERN haben Physiker im letzten Jahr das Higgs-Teilchen nachgewiesen. Jetzt ist kreative Pause und Journalisten dürfen sich hier endlich ganz in Ruhe umschauen. Eine Gelegenheit, die wir uns nicht entgehen ließen.

DW-Reporter Fabian Schmidt im Teilchenbeschleuniger am CERN in Genf (Foto: Fabian Schmidt/ DW)

DW-Reporter Fabian Schmidt am CERN

Bei der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in Genf dreht sich alles um kleinste Teilchen. Oder besser gesagt: Die Teilchen drehen sich solange im Kreis, bis sie im größten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem Large Hadron Collider (LHC) mit Lichtgeschwindigkeit aufeinanderknallen. Dann zerbersten sie in unzählige, noch winzigere Teilchen und werden dabei von vier riesigen Detektoren aufgezeichnet.

Einer der Detektoren ist ATLAS. Mit diesem Apparat wurde im letzten Jahr das berühmte Higgs-Teilchen nachgewiesen. Genau dahin wollen wir! Und dürfen das ausnahmsweise. Denn normalerweise haben nur CERN-Forscher und Ingenieure Zutritt, wie zum Beispiel Christoph Rembser. Der Physiker begleitet uns durchs CERN und muss nur in Richtung eines Augen-Scanners blicken und schon öffnet sich geräuschlos das Tor zum Allerheiligsten.

Der Physiker Christoph Rembser öffnet am 23. Juli 2013 die Tür zum ATLAS Detektor in der Europäischen Organisation für Nuklearforschung CERN in Genf (Foto: Fabian Schmidt/ DW)

Christoph Rembser weist den Weg zu ATLAS

Science, aber nicht Fiction

"Aber kommen Sie nicht auf die Idee, uns ein Auge auszureißen", ermahnt er uns und spielt dabei auf den Thriller "Illuminati" von Dan Brown an. In dem Film verschafft sich ein Unbefugter auf diese Weise Zutritt zu einem der Teilchenbeschleuniger am CERN. "Das würde Ihnen hier nichts helfen, weil der Augenscanner auch testet, ob das Auge noch lebendig ist oder nicht", versichert der Physiker mit nur gespielt ernster Miene.

Drinnen angekommen, geht es dann in die Tiefe. Mit einem Lastenaufzug schicken uns Rembser und sein Kollege Daniel Dobos etwa 75 Meter unter die Erde. "Insgesamt ist der Atlas-Detektor um die 90 Meter tief", erklärt Dobos und wedelt mit einem Gerät in der Hand. Es ist ein Dosimeter, sagt er - also ein Strahlungsmessgerät: "Wir unterliegen der gleichen Gesetzgebung wie ein Atomkraftwerk." Zwar sei der Teilchenbeschleuniger abgestellt, trotzdem müsse er messen, wieviel Strahlung jeder Besucher abbekommt: "Ich kann Ihnen schon verraten: das wird Null sein", beruhigt er uns, "trotzdem messen wir das".

Beschleuniger und Detektoren werden leistungsfähiger

Derzeit haben der Teilchenbeschleuniger und die Detektoren Betriebspause. Trotzdem arbeiten Techniker, Ingenieure und Physiker emsig an der riesigen Anlage, um sie fit zu machen für die Zeit nach dem Frühjahr 2015. Dann soll der Teilchenbeschleuniger wieder anfahren und zwar mit richtig viel Energie. Schon bis jetzt verbrauchte das gesamte CERN im Betrieb soviel Strom wie die ganze Stadt Genf. Ab 2015 soll der LHC mit doppelt so hoher Energie laufen wie bisher.

Bildbeschreibung: Ein Blick in den Atlas Detektor. Der kann kleinste Teilchen erkennen, die entstehen nachdem Protonen miteinander bei Lichtgeschwindigkeit kollidieren. Die Anlage ist Teil des Teilchenbeschleunigers LHC (Large Hadron Collider) der Europäischen Organisation für Nuklearforschung CERN in Genf (Foto: Fabian Schmidt/ DW)

Ein kleiner Teil des riesigen ATLAS- Detektors. Durch seine Mitte führt der Teilchenstrahl.

Riesige Digitalkamera für winzige Teilchen

Christoph Rembser führt uns in eine riesige unterirdische Halle. Und da steht er, der ATLAS-Detektor - wobei wir leider nur einen kleinen Teil zu sehen bekommen. "Die Halle geht noch 50 Meter weiter hier in diese Richtung", sagt Rembser. Was man aber sehr gut sieht, ist die Gesamthöhe von 25 Metern vom Boden bis oben zur Decke. Rembser zeigt nach oben auf ein großes Loch in der Decke: "Durch dieses Loch kamen alle einzelnen Bauteile des Atlas-Detektors herunter. So wurde er in zwei Jahren zusammengebaut, wie ein Schiff in der Flasche."

Die gewaltige Maschine ist eine Art Digitalkamera. Sie besteht aus doppelt so vielen Teilen wie ein Jumbo-Airbus 380, erklärt uns Rembser mit großer Begeisterung: "Dieser Detektor vermisst die Spuren der Teilchen mit einer Genauigkeit von besser als 50 Mikrometern - und das auf dieser Länge von 50 Metern." Dass so etwas tatsächlich auch noch funktioniert, sei für ihn "immer ein kleines Wunder".

Der Teilchenphysiker Daniel Dobos arbeitet am ATLAS-Experiment bei der Europäischen Organisation für Nuklearforschung CERN in Genf (Foto: Fabian Schmidt/ DW)

Daniel Dobos sucht nach dunkler Materie und Supersymmetrie

Mit dem ATLAS-Detektor konnten die Forscher im letzten Jahr das sagenumwobende und lang gesuchte Higgs-Teilchen nachweisen. Doch damit gebe man sich hier am CERN nicht zufrieden, verrät uns Daniel Dobos und erzählt, dass er und seine Kollegen gerade den zentralen Pixeldetektor verbessern, das Kernstück von ATLAS. "Der hat einen Durchmesser wie ein Baumstamm und ist nur einen Meter lang." Trotz seiner geringen Größe, sagt Dobos, sei er von größter Bedeutung. Denn er zeichnet 80 Prozent aller Daten des ATLAS-Experiments auf. "Die gesamte Datenmenge, die wir da erzeugen, ist ungefähr soviel, als würde jeder Erdenbürger 80 Telefonate gleichzeitig führen."

Wie weiter, nach dem Higgs-Teilchen?

Mit mehr Energie, mehr Kollisionen und besseren Detektoren wollen die Physiker in Zukunft weitere Rätsel lösen: Zum Beispiel, was Dunkle Materie ist, die durch astronomische Beobachtungen zwar erkannt aber noch nicht vollständig verstanden wurde. Oder ob es so etwas wie eine Supersymmetrie gibt - ob also zu jedem bekannten Teilchen eine unsichtbare Kraft, und zu jeder bekannten Kraft ein dazugehöriges unsichtbares Teilchen gehört.

2015 soll der Teilchenbeschleuniger wieder anlaufen. Dann muss die Anlage zuverlässig Tag und Nacht ohne Unterbrechung funktionieren. Schiefgehen darf dann nichts mehr, sagt Dobos mit Nachdruck. Denn die Ingenieure kommen nur alle fünf bis zehn Jahre an diesen Detektor ran, um etwas zu reparieren. "Alle Elektronik, die wir benutzen, bauen wir also so, als würden wir einen Satelliten konstruieren."

Das Universum verstehen

Doch nicht nur die Technik muss am CERN reibungslos funktionieren: Wenn 3200 Physiker aus über 85 Nationen gemeinsam etwas schaffen, geht das nur mit wirklichem Teamgeist, sagt Christoph Rembser. Möglich sei das nur, weil alle Beteiligten ein gemeinsames Ziel verfolgen: "Es ist wirklich so, dass die Physiker, die hier arbeiten, nach Erkenntnis streben und dass sie Spaß daran haben, etwas zu finden, was noch kein anderer gesehen und erforscht hat. Das ist natürlich eine große Motivation."

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