Die Teilchen rasen wieder

17. November 2009, 19:30
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Der Teilchenbeschleuniger LHC am Cern wird nach mehr als einem Jahr Pause wieder gestartet

Beteiligte Physiker aus Österreich bemühen sich aber auch um eine Neuausrichtung ihrer Forschungsarbeit - über Beschleunigerphysik hinausgehend.

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Christian Fabjan kann wenig erschüttern. Auch der kürzlich ausgelöste Kurzschluss am weltgrößten Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) nicht. Ein Vogel hatte ein garantiert widerrechtlich mitgeführtes Baguette über einem der im Freien liegenden Transformatoren des Beschleunigers verloren. Das Gebäck fiel ausgerechnet auf zwei Kontakte, und die Stromzufuhr war unterbrochen. "Ich kann mich nicht erinnern, dass das jemals passiert ist", wundert sich Fabjan, der schon bei den ersten Planungen zum LHC im Jahr 1989 am Europäischen Kernforschungszentrum Cern war, es also wissen sollte. Heute ist er Direktor am Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (Hephy), das am Detektor CMS (Compact Muon Solenoid), einem von vier Großexperimenten am Teilchenbeschleuniger mitarbeitet. Hier wollen die Physiker die bisher nur theoretisch angenommenen Higgs-Teilchen nachweisen. Sie sollen die Ursache dafür sein, dass die meisten Teilchen eine ganz bestimmte Masse haben.

Der Vogel konnte übrigens unverletzt entkommen. Mit der Stromzufuhr war natürlich auch die Kühlung einige Stunden lang unterbrochen. "Kein großes Malheur", wie Fabjan meint. Dennoch bestätigt auch er: Die richtige Kühlung ist die erste Voraussetzung für ein Gelingen des größten Experiments aller Zeiten. Unvorstellbare minus 271 Grad Celsius wird der LHC haben, wenn er einmal die Betriebstemperatur erreicht. Nur so können die Magneten im 27 Kilometer langen ringförmigen Beschleuniger den Protonenstrahl in der höchsten Energiestufe in beiden Richtungen in der Bahn halten.

Bis dahin wird es aber noch einige Zeit dauern. Derzeit werden Strahlen versuchsweise in den Ring geschossen. In etwa einer Woche sollen sie erstmals kreisen. Anfang Dezember könnte es dann zu ersten Kollisionen kommen. Freilich mit einer niedrigeren Energie, als sie im Beschleuniger möglich ist. In Maßeinheiten gerechnet, wird das ein Teraelektronenvolt sein. Für insgesamt sieben wurde die Anlage gebaut. Ein Teraelektronenvolt wurde schon mit der Energie einer Gelse im Anflug auf ein potenzielles Opfer verglichen, konzentriert aber auf einen billionenfach kleineren Raum.

Ohne Risiko

Die Physiker am Cern wollen nicht mit vollem Energieeinsatz eine Zwangspause riskieren. Im vergangenen Jahr musste der Beschleuniger knapp eineinhalb Wochen nach dem medienwirksamen Start am 10. 9. wieder abgeschaltet werden. Ein elektrisches Verbindungsstück war nicht sachgemäß geschweißt. Das soll nun dank einer neu entwickelten Diagnostik nicht mehr passieren.

Im Laufe des nächsten Jahres will man auf 3,5 Teraelektronenvolt erhöhen. Das ist zwar auch erst die Hälfte des Energiemaximums, aber im weltweiten Vergleich schon gigantisch: Bisher gebaute Teilchenbeschleuniger wie Tevatron am Fermilab im nordamerikanischen Illinois schaffen maximal ein Teraelektronenvolt. Der Österreicher Werner Riegler, technischer Direktor des Experiments "Alice", meint, dass damit im nächsten Jahr noch nicht das volle Entdeckungspotenzial des LHC ausgeschöpft werden kann, "ein erster Blick in diesen neuen Energiebereich wird aber hoffentlich schon erste fundamental neue Erkenntnisse bringen." "Alice" soll den Zustand der Materie einige Mikrosekunden nach dem Urknall rekonstruieren. Laut Riegler ist die Datennahme und Analyse ein langwieriger Prozess. Der LHC wird 15 Jahre lang in Betrieb sein, und dann nach einem Update weiterlaufen.

Weißbuch Physik

Zeit will man sich auch beim österreichischen Zentrum für Ionentherapie und Forschung Medaustron in Wiener Neustadt nehmen. Dessen Kernstück ist ein Teilchenbeschleuniger, der gerade in Zusammenarbeit mit den Cern-Physikern konzipiert wird. 2013 soll Medaustron in Probebetrieb gehen, der Vollbetrieb ist für 2018 geplant. 1200 Tumorpatienten könnten dann jährlich mit gezielter Strahlung behandelt werden. Michael Benedikt, technischer Leiter von Medaustron, spricht von hundert Patienten täglich. Nachts und am Wochenende will man Forschung betreiben, die über die Medizin hinausgeht. Um die Potenziale dafür zu dokumentieren, entstand auf Initiative Benedikts kürzlich ein mehr als hundert Seiten umfassendes Weißbuch Physik. Ein zweites Weißbuch über die Strahlenbiologie und die medizinische Strahlenphysik, die Kerngebiete von Medaustron, soll in den nächsten Monaten vorgelegt werden.

Die Finanzierung von Medaustron steht laut Martin Schima, dem Geschäftsführer der Errichtungs- und Betriebsgesellschaft Medaustron, auf mehreren Beinen: Das Land Niederösterreich hat für Bankanleihen eine Haftung von 120 Millionen Euro abgegeben. Wissenschaftsministerium, Land und Stadt Wiener Neustadt zahlen für die Errichtung der Anlagen, die der nichtklinischen Forschung zugutekommen sollen, insgesamt 46 Millionen Euro.

In der Nacht und am Wochenende forschen? Benedikt sagt, dass das zum Alltag jedes Wissenschafters zählt. Die Landeshaftung "auf null stellen" will man nach zwanzig bis dreißig Jahren. Schima hofft aber auf weitere Fördergelder und will abwarten, "wie sich das Zentrum entwickelt". Fix rechnen könne man nur mit etwa 20.000 Euro pro Strahlenpatient durch die Sozialversicherungen. Das sei gesetzlich festgelegt. Fix scheint auch, dass die Direktion von Medaustron mit einer Professur in Wien verbunden wird. Jene für medizinische Strahlenphysik wird am Atominstitut der TU Wien installiert; möglicherweise Tür an Tür mit dem Institut für Hochenergiephysik der Akademie der Wissenschaften. Das soll nämlich mit einem zweiten Akademie-Institut für Teilchenphysik, dem Stefan-Meyer-Institut, zusammengelegt werden und zum Atominstitut in ei-nen noch zu errichtenden Neubau ziehen. Damit gingen neue Forschungsimpulse einher.

In den letzten Jahren hat man am Hephy mehr als 50 Prozent der Arbeit dem Teilchenbeschleuniger LHC gewidmet. Der Schwerpunkt würde dann "breiter" angelegt sein, sagt Fabjan. Zum Beispiel Physik, die sich mit Phänomen beschäftigt, die nicht mit Beschleunigern erforscht werden. Immer vorausgesetzt, das dafür vorgesehene Konzept wird von einer internationalen Kommission positiv evaluiert und von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften abgesegnet. Eines verspricht Fabjan schon jetzt: "Wenn wir dort einziehen dürfen und die Entscheidung für ein Niedrigenergie- oder Passivhaus fällt, dann werbe ich die zusätzlich dafür anfallenden Kosten höchstpersönlich ein." (Peter Illetschko/DER STANDARD, Printausgabe, 18.11.2009)

  • Eine Computersimulation zeigt eine Teilchenkollision an einem der Detektoren des Beschleunigers Large Hadron Collider.
    foto: cern

    Eine Computersimulation zeigt eine Teilchenkollision an einem der Detektoren des Beschleunigers Large Hadron Collider.

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