Teilchenbeschleuniger LHC
Vorstoß in neue Dimensionen

Zwischen Frankreich und der Schweiz liegen vier Milliarden Euro unter der Erde begraben: Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, der "Large Hadron Collider", soll der Physik ganz neue Dimensionen eröffnen - bis hin zur Suche nach dem ultimativen "Teilchen Gottes". Was die Kollisionen tatsächlich hervorbringen oder auch nicht, wird sich schon bald zeigen: Für Anfang September sind die ersten Testläufe geplant.

HEIDELBERG. Zwischen Frankreich und der Schweiz liegen rund vier Milliarden Euro unter der Erde begraben. Nicht in Form von Gold oder Diamanten, sondern als 27 Kilometer langer Tunnel voller Stahl, Eisen und Hightech. Die Rede ist vom Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik (CERN) bei Genf. Nach gut zwanzig Jahren der Planung soll am 10. September 2008 nun endlich der erste Partikelstrahl in einen Teilbereich des leistungsstärksten Teilchenbeschleunigers der Welt eingebracht werden. Einen Monat später könnte dann bereits der gesamte Beschleunigerring genutzt werden - ein ursprünglich für das Frühjahr 2005 anvisiertes Ziel.

Doch selbst im besten Fall werden noch weitere Monate verstreichen, bis der Koloss seinem Namen endlich gerecht wird und subatomare Teilchen darin mit voller Wucht aufeinander krachen. Bei den Geschossen handelt es sich um so genannte Hadronen. Damit bezeichnen Physiker Teilchen, die sich aus Quarks - nach heutiger Ansicht einer der zwei fundamentalen Bausteine der Materie - zusammensetzen. Größtenteils schießen die Physiker im LHC mit Protonen, aber auch Bleiionen werden in einer Tiefe von 50 bis 175 Meter miteinander kollidieren.

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Zunächst durchlaufen die Teilchenstrahlen aber eine Kette von Vorbeschleunigern, bevor sie schließlich mit einem Bruchteil der finalen Energie in den LHC eingespeist werden. Die Protonen reisen gleich bündelweise an: 3000 Teilchenpakete á 100 Milliarden Teilchen. Bei jedem Umlauf werden sie mit Hilfe eines elektrischen Feldes weiter beschleunigt und bewegen sich nach rund zwanzig Minuten und Millionen von Umrundungen mit ihrem Spitzentempo von 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fort - in einer Sekunde durchfliegen sie den 27 Kilometer langen Ring dann mehr als 11 000 Mal.

Um die Partikel bei derart hohen Geschwindigkeiten auf ihrer Kreisbahn halten zu können, bestückten die Forscher den Ring mit 1800 supraleitenden Ablenkmagneten - jeweils auf etwa minus 271 Grad Celsius heruntergekühlt und damit kälter als der Weltraum. Im Beschleunigerring herrscht zudem ultrahohes Vakuum, denn sonst würde die Luft die Teilchen abbremsen. So lässt sich dann auch die jährliche Stromrechnung von schätzungsweise rund 19 Millionen Euro erklären, die der LHC inklusive seiner Experimente an den gut 270 Arbeitstagen verschlingt.

Anstatt mit den kostspieligen Teilchenstrahlen ein fixiertes Ziel anzupeilen, lassen die Wissenschaftler je zwei davon zusammenstoßen. So gibt es schließlich mehr Energie bei der Kollision. In einem mikroskopisch kleinen Bereich prallen die Protonen mit einer Energie von 14 Teraelektronenvolt (TeV) aufeinander. Die Strahlen aus Bleiionen bringen es sogar auf 1150 TeV.

Verglichen mit den Energien, mit denen wir es im Alltag zu tun haben, scheint das zunächst geradezu lächerlich: Ein Teraelektronenvolt entspricht der Bewegungsenergie einer fliegenden Mücke. Doch im LHC ist die Energie auf ein Volumen zusammengequetscht, das etwa eine Billion Mal kleiner ist als eine Mücke. Und so herrschen während der Karambolage Bedingungen, wie sie im Universum während des ersten Bruchteils einer Sekunde nach dem Urknall vorzufinden waren. Auf diese Weise hoffen die Forscher, noch nie zuvor nachgewiesene Partikel entstehen zu lassen.

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