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13. Juli 2012 16:05 Uhr

Teilchen-Physik

Cern: Wo die Protonen rasen

Mit seinen acht Beschleunigern ist das Cern das wissenschaftliche Zentrum der weltweiten Teilchen-Physik.

Es geht um kleinste Teilchen des Atoms. Oder nur um deren Zerfallsspuren, wie jetzt beim frisch entdeckten Higgs-Teilchen. Doch der organisatorische und technische Aufwand, der dafür getrieben wird, ist gewaltig: 3500 feste Mitarbeiter und ein Jahresetat von einer Milliarde Schweizer Franken (850 Millionen Euro), dazu noch 11 000 Wissenschaftler aus 113 Staaten, die hier mit Experimenten vertreten sind. Bei dieser Größe ist nicht verwunderlich, dass das europäische Kernforschungszentrum Cern längst zu einem Wissenschaftsvorort von Genf geworden ist – wobei große (vor allem unterirdische) Teile auf französischem Terrain liegen. Wie die Dependance der UNO nebenan ist Cern (Abkürzung aus dem Französischen: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) ein Ort der Völkerverständigung, nur eben konzentriert auf Physiker: Gut die Hälfte aller Teilchenphysiker der Welt kommt hier zusammen, um etwa eben zum Higgs-Teilchen, zur Antimaterie oder zu anderen Bausteinen des Universums zu forschen. Cern ist deshalb eine englischsprachige Enklave inmitten der französischsprachigen Schweiz – wenngleich Französisch in der Kantine und in den wenigen Läden auf dem Gelände ganz hilfreich ist.

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DIE GESCHICHTE
Die Organisation Cern wurde nach einem Vorlauf von zwei Jahren 1954 gegründet – und ist damit drei Jahre älter als die EWG, einer der Vorgängerinnen der EU. Am Anfang waren es zwölf Staaten, die das europäische Laboratorium für Teilchenphysik entsprechend ihrem Bruttoinslandsprodukt finanzierten, heute sind es 20; Hauptzahler ist Deutschland mit fast einem Fünftel des Etats, gefolgt von Frankreich (15,4 Prozent) und Großbritannien (15 Prozent). Nicht dabei ist bisher die mächtigste Wissenschaftsnation der Welt, die USA, die aber die mit Abstand größte Wissenschaftlergruppe aus den Nicht-Mitglieder-Staaten stellt. Darum ist es Ziel des Cern-Generaldirektors Rolf-Dieter Heuer, die USA sowie Japan als Finanziers ins Boot zu holen. Ihre Experimente auf dem Cern-Gelände zahlen die jeweiligen Staaten inklusive Bauten und Maschinen selbst: Cern bietet unter anderem mit den Teilchenbeschleunigern die Voraussetzungen für diese meist internationalen Projekte. Der erste Beschleuniger auf dem Gelände in Genf ging 1957 in Betrieb; er wurde nach 33 Jahren abgeschaltet. Dagegen läuft das 1959 fertiggestellte Protonensynchroton, ein ringförmiger Teilchenbeschleuniger, immer noch – als eine der Vorstufen für den Large Hadron Collider (LHC). Diese Anlage rund 100 Meter unter der Erde steht seit 2008 zur Verfügung; mit ihrer Hilfe ist der Nachweis des Higgs-Teilchens gelungen.

DAS WORLD WIDE WEB
Im Cern wurde das "Web" erfunden – als Informationssystem zunächst für die in alle Welt verstreuten Wissenschaftler mit Projekten im Genfer Laboratorium. Der britische Physiker Tim Berners-Lee hatte an Weihnachten 1990 die erste Software geschrieben und den ersten Browser installiert. Es dauerte dann noch einige Zeit, bis es etwas zu browsen gab im Internet und die ersten Server in den Universitäten standen. Im Jahr 1994 gab es die erste Konferenz dazu bei Cern – unter Physikern euphorisch das "Woodstock des Web" genannt. Heute käme das Forschungszentrum gar nicht mehr ohne das weltweite Netz aus: Die Datenmenge (pro Jahr 10 Petabyte, das entspricht der Kapazität von 20 Millionen DVD), die allein die Teilchenkollisionen im LHC produzieren, sind so riesig, dass 150 Rechenzentren in 35 Ländern bei der Analyse helfen müssen. Deshalb ist das sogenannte Grid Computing eine Technologie, an der im Forschungszentrum Cern gearbeitet wird.

DIE ORGANISATION
Das Cern-Laboratorium wird geleitet von einem Rat, in dem die 20 Mitgliedsstaaten mit je zwei Delegierten vertreten sind – einer wird von der jeweiligen Regierung gestellt, der andere repräsentiert die Wissenschaft. In diesem Gremium werden die Wissenschaftsprogramme und das Budget beschlossen. Das Budget allerdings wird vom Finanzkomitee vorbereitet. Aus diesem Budget werden auch Riesenprojekte wie der drei Milliarden Euro teure LHC bezahlt. Was aber jeweils geforscht wird, darüber entscheidet ein Komitee aus Wissenschaftlern – dadurch ist das Cern inhaltlich in hohem Maße unabhängig. Dazu Generaldirektor Heuer, ein in Bad Boll geborener Physiker: "Wenn wir hier die Tür für die Politik öffnen, sind wir verloren."

TEILCHENBESCHLEUNIGER

Das Cern verfügt derzeit über acht Teilchenbeschleuniger. Allein vier davon dienen unter anderem der Vorbereitung der Protonen für den LHC, den 27 Kilometer langen und damit weltweit größten Beschleunigerring der Welt. In ihm können durch den Zusammenprall ultraschneller Protonen Energiezustände erzeugt werden, die denen des Big Bang, des Anfangs des Universums, sehr nahe kommen. Alle diese Maschinen werden von einem zentralen Kontrollraum aus gesteuert – wobei die großen Experimente eigene Kontrollstationen haben. An nahezu jedem der zwei geraden und sechs kreisförmigen Beschleuniger sind Forschungsprojekte angesiedelt. Die größten nutzen die Potenziale des LHC, etwa "Atlas" (an dem Freiburger Physiker mitarbeiten) und "Alice", die mit hausgroßen, unterirdischen Detektoren arbeiten.

Aber es gibt noch eine Vielzahl weiterer Experimente auf dem Genfer Gelände mit so schönen Namen wie Isolde, Clic, Cloud oder Alpha – was die Welt der Physiker eben an attraktiven Abkürzungen hergibt. Zugleich hat sich Cern der Bildung und Weiterbildung verschrieben – für Studenten, junge Forscher und Lehrer. Und um Besucher über die Teilchenphysik zu informieren, gibt es seit einigen Jahren einen kugelrunden Ausstellungspavillon – angeblich Erbstück von der letzten Swiss Expo.

Umfassende Informationen in Englisch und Französisch: http://www.cern.ch

Autor: Wulf Rüskamp