Teilchenbeschleuniger LHC Die Urknall-Maschine soll noch größer werden

Eine Milliarde Kollisionen pro Sekunde schafft die „Urknall-Maschine“ LHC in Genf. Zu wenig, sagen Physiker – deshalb wird jetzt für fast eine Milliarde Euro nachgerüstet.
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Die „Urknall-Maschine“ soll noch leistungsfähiger werden. Quelle: AP
Teilchenbeschleuniger LHC

Die „Urknall-Maschine“ soll noch leistungsfähiger werden.

(Foto: AP)

BerlinEine Milliarde Kollisionen pro Sekunde – was für Laien beeindruckend klingt, ist den Physikern noch zu wenig. Deshalb soll der weltgrößte Teilchenbeschleuniger LHC am europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf jetzt ausgebaut werden.

Der Startschuss für das Ausbauprojekt HiLumi LHC, mit dem der Ringbeschleuniger tief unter der Erde auf neue Höchstleistungen getrimmt werden soll, fällt am 15. Juni. Gesamtinvestitionen: fast eine Milliarde Euro.

Dabei ist der LHC schon heute eine Maschine der Superlative. Trillionen von Protonen rasen mit kaum vorstellbarer Geschwindigkeit durch die Tunnelröhre, jedes dieser Teilchen schafft pro Sekunde 11.000 Runden in dem 27 Kilometer langen Beschleunigerring.

Die Forscher bringen sie an bestimmten Stellen zur Kollision und simulieren damit die ersten Nanosekunden nach dem Urknall. Sie wollen unbekannte Elementarteilchen aufspüren, um bislang ungelöste Geheimnisse des Universums zu erklären.

Neustart für die Weltmaschine
Neustart für den LHC
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Nach rund zweijähriger Pause nimmt der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, der LHC am europäischen Kernforschungszentrum Cern bei Genf, im März wieder den Betrieb auf.

Komplexeste Maschine der Welt
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Seit Anfang 2013 wurde der LHC, die komplexeste Maschine der Welt, umgerüstet und modernisiert.

Neuer Energierekord
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Nach dem Anschalten soll er Kollisionen mit der bislang unerreichten Energie von 13 Teraelektronenvolt ermöglichen. Zum Vergleich: Seinen bisherigen Energierekord erreichte der LHC 2012 mit acht Teraelektronenvolt.

Kontrollzentrum des LHC
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Entdeckungen bei solchen Energien könnten die Grenzen der Physik verschieben. So hoffen Forscher auf die Entdeckung einer neuen Art von Teilchen, mit denen sich das Geheimnis des dunklen Universums lüften ließe – also jenen Teil des Kosmos, der nicht direkt zu beobachten ist, sondern sich nur durch seine Wechselwirkung mit dem sichtbaren Universum verrät.

Spurensuche am Cern
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Forscher gehen davon aus, dass die sichtbare Materie nur rund vier Prozent des Universums ausmacht, während 96 Prozent auf sogenannte Dunkle Materie und die ebenso rätselhafte Dunkle Energie entfallen.

Forschungsziel Supersymmetrie
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Eine Erklärung für die unsichtbare Dunkle Materie lautet, dass alle aus dem bewährten Standardmodell der Teilchenphysik bekannten Partikel schwerere Zwillingsteilchen haben – sogenannte supersymmetrische Teilchen, aus denen dann die Dunkle Materie bestehen könnte. Wissenschaftler glauben, dass der generalüberholte LHC genug Energie besitzt, um supersymmetrische Teilchen zu entdecken – wenn diese denn existieren.

Projekt der Superlative
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Der unterirdische Hadronen-Speicherring im französisch-schweizerischen Grenzgebiet, von Wissenschaftsbegeisterten auch „Weltmaschine“ genannt, ist ein Projekt der Superlative: Das Spitzentempo der beschleunigten Protonen beträgt 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.

Der Ausbau soll die Kollisionsrate von heute einer Milliarde pro Sekunde auf fünf Milliarden steigern. Dafür müssen mehr Protonen im Beschleunigerring zirkulieren, was unter anderem leistungsstärkere Magnete notwendig macht.

Mehr als 1.200 Dipolmagnete sind derzeit im LHC verbaut, sie erzeugen Magnetfelder, mit denen die Protonen bei ihrer rasenden Fahrt durch den Beschleuniger auf der gewünschten Bahn gehalten werden. Für die neuen Magnete müssen Bagger und Bohrer den nötigen Raum unter der Erde schaffen.

Mit dem Ausbau des Beschleunigers stoßen die Cern-Experten in Dimensionen vor, für die es mitunter noch gar keine passenden Materialien gibt. So mussten, weil die Magnete stärkere Magnetfelder erzeugen sollen, Spezialisten erst neue Kabel entwickeln, die das aushalten können.

Auch für den Stromtransport von der Steckdose zu den Magneten schufen sie Kabel aus neuen Materialen, in diesem Fall Magnesium2Borite, ein selbst bei hohen Temperaturen superleitendes Material. Damit kann der Energieverbrauch für den Betrieb der Magnete gedrosselt werden.

Doch mit derlei Erfindungen hat das Kernforschungszentrum Erfahrung: Viel von dem, was am Cern entwickelt wurde, ist heute Allgemeingut – angefangen von Handy-Komponenten bis hin zu Medizintechnik wie der Computertomografie. Und natürlich die Mutter aller Cern-Erfindungen, das World Wide Web. Als staatlich finanzierte Organisation stellt das Cern solche Entwicklungen der Allgemeinheit ohne Patentschutz zur Verfügung.

Bis der runderneuerte LHC seine Arbeit aufnimmt, wird allerdings noch etwas Zeit vergehen: Die neuen Tunnel in 100 Metern Tiefe können nur gebohrt werden, wenn der Beschleuniger still steht. Die Vibrationen der Bohrmaschinen würden die sensiblen Instrumente stören. Deshalb beginnen die Bauarbeiten erst einmal an der Erdoberfläche.

Im Dezember wird der Beschleuniger dann für eine zweijährige Routine-Wartung abgeschaltet. 2021 startet er noch mal im alten Modus. Ab 2025 sollen alle neuen Kabel, Magneten und Messinstrumente installiert sein, dann wird der neue Super-Beschleuniger an den Start gehen.

  • tt
  • dpa
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