Die grösste Maschine der Welt

Schon im letzten September hatte der Large Hadron Collider für Spannung gesorgt. Bevor der riesige Teilchenbeschleuniger zum ersten Mal gestartet wurde, überschlugen sich einige Kritiker mit Weltuntergangsszenarien. Sie befürchteten, in der knapp 27 Kilometer langen und vier Meter hohen Vakuumröhre des LHC könnten winzige Schwarze Löcher erzeugt werden, die dann die Materie um sich herum aufsaugen würden. Doch die Apokalypse wurde vertagt – die sechs Milliarden Franken teure Anlage musste wegen eines Defekts bereits nach 36 Stunden wieder ausser Betrieb gesetzt werden.

Bildstrecken Der CERN-SupercomputerDie Welt blickt nach Genf Video Urknall-Experiment erfolgreich angelaufen Teilchenbeschleuniger fällt zwei Monate aus Der Teilchenbeschleuniger LHC

Der Large Hadron Collider (LHC) ist der grösste jemals gebaute Teilchenbeschleuniger. In dem 27 Kilometer langen und knapp 4 Meter hohen Tunnel im schweizerisch-französischen Grenzgebiet bei Genf werden die kleinsten Bausteine der Materie, Elementarteilchen, nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Supraleitende Magneten halten sie auf der Kreisbahn.

Bei voller Energie besitzt jeder Protonen-Strahl soviel Energie wie ein Auto bei einer Geschwindigkeit von 1600 Kilometern in der Stunde. Bis zu eine Milliarde Mal pro Sekunde prallen dann einzelne Protonen aufeinander. Deren elementare Bestandteile – Quarks und Gluonen – erzeugen neue Teilchen und Energie. Es werden Temperaturen erreicht wie in der ersten Billionstelsekunde nach dem Urknall. Die Beobachtung der Prozesse im LHC, für die gigantische Detektoren gebaut wurden, ist daher wie ein Blick auf einen Moment kurz nach der Entstehung des Universums im Urknall.

Die Kosten der Cern-Anlage belaufen sich auf 6,5 Milliarden Schweizer Franken.

Der zweite Anlauf

Jetzt ist es wieder soweit. Am letzten Freitag haben die Kernphysiker den zweiten Anlauf begonnen und wieder zwei Protonenstrahlen zur Kollision gebracht. Die Anlage mit ihren 100 Meter hohen Räumen unter der schweizerisch-französischen Grenze wurde zunächst nur mit gedrosselter Energie betrieben. Erst im nächsten Jahr sollen die Protonen mit 3500 Gigaelektronenvolt zirkulieren – 3,5 Mal so stark wie der bislang grösste Teilchenbeschleuniger Fermilab bei Chicago. In der maximalen Stärke sind dann sogar 7000 Gigaelektronenvolt möglich.

Angetrieben und auf Kurs gehalten wird der Teilchenstrahl von 9300 supraleitenden Elektromagneten. Um diese zu betreiben, müssen sie auf minus 271,3 Grad abgekühlt werden. Dazu werden 10 080 Tonnen flüssiger Stickstoff und 60 Tonnen flüssiges Helium eingesetzt. Soviel Power gibt es nicht umsonst: Der LHC allein benötigt eine Leistung von 120 MW. Die entspricht der Leistung, die nötig ist, um alle Haushalte im Kanton Genf zu versorgen. Insgesamt braucht das Cern eine Leistung von 230 MW.

Kurz nach dem Urknall

Bei voller Energie besitzt jeder Protonenstrahl so viel Energie wie ein Auto bei einer Geschwindigkeit von 1600 Kilometern in der Stunde. Bis zu eine Milliarde Mal pro Sekunde prallen dann einzelne nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Protonen aufeinander. Deren elementare Bestandteile – Quarks und Gluonen – erzeugen neue Teilchen und Energie. Es werden Temperaturen erreicht wie in der ersten Billionstelsekunde nach dem Urknall. Die Beobachtung der Prozesse im LHC, für die gigantische Detektoren gebaut wurden, ist daher wie ein Blick auf einen Moment kurz nach der Entstehung des Universums im Urknall.

Ein besonderes, bisher noch hypothetisches Elementarteilchen hat es den Wissenschaftlern dabei besonders angetan: das Higgs-Boson. Der Nachweis dieses salopp auch «Gottesteilchen» genannten Teilchens (siehe Info-Box) würde die derzeit geltende physikalische Theorie, das so genannte Standardmodell, bestätigen.

Daneben gibt es noch eine Reihe weiterer Fragen, auf die sich die weltweit mehr als 8000 Physiker, die Projekte am LHC geplant haben, Antworten erhoffen. So steht beispielsweise auch das Verhältnis zwischen Materie und Antimaterie bei der Entstehung des Kosmos vor 14 Milliarden Jahren auf dem Katalog der ungelösten Rätsel.

100 000 DVDs an Daten

Die Antworten gibt der LHC den Forschern nicht auf dem Präsentierteller; sie müssen aus einem wahren Ozean von Daten herausdestilliert werden. Obwohl sofort eine Triage vorgenommen wird und uninteressante Daten nicht gespeichert werden, sollen pro Jahr so viele Daten anfallen, dass damit 100 000 DVDs gefüllt werden könnten. Um eine solche gewaltige Datenmenge auszuwerten, sollen in den nächsten Jahren weltweit tausende Computer in einem Netz zusammengeschlossen werden: dem LHC-Computing-Grid (LCG). Im Unterschied zum Internet werden in dem Netzwerk nicht nur Informationen verschoben, sondern auch Rechenleistung und Speicherplatz zur Verfügung gestellt.

«Wir haben immer noch etwas Arbeit vor uns, ehe die physikalische Forschung beginnen kann», sagte Cern-Generaldirektor Rolf Heuer am Wochenende. «Aber mit diesem Meilenstein sind wir auf einem guten Weg.» Erste wissenschaftliche Ergebnisse werden bereits im nächsten Jahr erwartet. Und die Apokalyptiker dürfen sich von Neuem sorgen.

Lage des LHC im schweizerisch-französischen Grenzgebiet:
(Bild: Cern)

(dhr/sda/dapd)