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Neustart am Cern:Suche nach der neuen Physik

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Hier läuft es bald wieder rund: Der "Large Hadron Collider" von CERN.

(Foto: fabrice Coffrini/AFP)

Der LHC, stärkster Teilchenbeschleuniger der Welt, ist bereit für einen Neustart mit nie zuvor erreichter Energie. Nur ein Kurzschluss verzögert den Start. Physiker erwarten Einblicke in ein neues Quanten-Universum - oder die große Leere.

Demnächst soll es wieder losgehen, nach langem Winterschlaf. Dann sind die Dinge am Cern bei Genf wieder in ihrer natürlichen Ordnung: Der LHC, der mächtigste Teilchenbeschleuniger der Welt, wird das tun, wofür er gebaut wurde, und unter der Erde Protonen kreisen lassen. In den Kontrollräumen wird angespannte Geschäftigkeit herrschen, wenn Forscher an Bildschirmen jede Regung der Maschine überwachen. Tausende Physiker in aller Welt werden nervös auf neue Datenberge warten. Und Mike Lamont wird wissen, dass sich die Schufterei gelohnt hat - vorausgesetzt, alles geht gut. Zwei Jahre lang war der LHC abgeschaltet, um auf nie erreichte Energien vorbereitet zu werden.

Nun steht der Neustart bevor; ein jüngst aufgetauchter Kurzschluss verzögert ihn noch, aber spätestens in einigen Wochen soll es so weit sein. Lamont leitet am Cern den Betrieb des Beschleunigers, und damit auch die Wartungsarbeiten der vergangenen Jahre. "Erschöpfter Enthusiasmus", sagt er, sei jetzt das vorherrschende Gefühl. Er muss lachen dabei, so ganz könne er selbst noch nicht glauben, dass es wirklich geschafft sei, sagt er dann.

Für das Higgs-Teilchen reichte die halbe Energie noch aus

Große Erwartungen

Zu fast allen großen Fragen der Physik könnte der Ringbeschleuniger LHC Erkenntnisse liefern - und sei es nur, um einige Theorie-Modelle zu widerlegen.

Viele Theorien sagen einen dunklen Bereich mit exotischen Teilchen voraus, die der LHC finden könnte: unsichtbare Partikel, die nur über ihre Masse auf sich aufmerksam machen. Dazu würde auch die dunkle Materie gehören, die das All entscheidend prägt.

Im Jahr 2012 wurde am LHC das Higgs-Teilchen entdeckt. Genaue Messungen seines Verhaltens könnten Abweichungen vom Standardmodell aufzeigen.

Die Supersymmetrie ordnet jedem Teilchen einen - noch unbekannten - Partner zu. Der LHC könnte solche Super-Partner zutage fördern. Damit ließen sich Unstimmigkeiten im Standardmodell lösen. Supersymmetrie ist auch Bestandteil der String-Theorie, die Teilchenphysik und Gravitation vereinen will.

Warum entstand beim Urknall viel mehr Materie als Antimaterie? Die Antiteilchen, die der LHC produziert, könnten Hinweise liefern. Auch vermuten Physiker, dass die Bestandteile der späteren Atomkerne kurz nach dem Urknall frei in einem Quark-Gluon-Plasma umherschwirrten. Der LHC soll mehr über diesen Zustand in Erfahrung bringen.

Dass die Schwerkraft so viel schwächer ist als andere Kräfte, könnte an zusätzlichen Dimensionen des Raumes liegen. Der LHC könnte sie messbar machen.

Weit über 100 Millionen Euro wurden investiert, damit der LHC endlich nahezu die enorme Energie erreichen kann, für die er ursprünglich ausgelegt war. In den ersten Betriebsjahren konnte er mit kaum mehr als halber Kraft arbeiten - eine Notlösung, nachdem er kurz nach dem Start im Jahr 2008 wegen eines fatalen Konstruktionsfehlers zusammengebrochen war. Die Notlösung reichte immerhin, um das ersehnte Higgs-Teilchen zu finden, das letzte fehlende Puzzleteil im Standardmodell der Teilchenphysik. Danach war Schluss, und Mike Lamonts Team machte sich an eine enorme Fleißarbeit: Etwa zehntausend Verbindungsstücke zwischen den riesigen Magneten, die den Teilchenstrahl auf eine Kreisbahn zwingen, wurden getestet und mit einer zusätzlichen Sicherung versehen, viele ganz ausgetauscht.

Denn ein solches Verbindungsteil hatte sich im Jahr 2008 als Schwachstelle des LHC erwiesen. Eine Art Kurzschluss reichte aus, um die milliardenteure Wundermaschine außer Gefecht zu setzen. Auch die supraleitenden LHC-Elektromagnete mussten wie Sportler trainiert werden, um immer stärkeren Strom auszuhalten.

Jetzt aber sollen alle Probleme behoben sein, und der LHC ist bereit für eine Energie von 6,5 statt vier Tera-Elektronenvolt pro Teilchen - zur Sicherheit vorerst immer noch etwas unter den sieben Tera-Elektronenvolt, für die das Gerät eigentlich gebaut ist. Den beiden Strahlen mit jeweils 120 Milliarden Teilchen wird das nahezu die Wucht von ICE-Zügen verleihen, beim Zusammenprall konzentriert auf dem Bruchteil eines Stecknadelkopfs.

Bis solche Kollisionen stattfinden können, kommt aber noch viel Arbeit auf Lamonts Team zu. "Jetzt, vor dem Start, genieße ich noch die relative Ruhe; die heiklen Sachen kommen erst danach", sagt er. Bis Mai sollen die Strahlen gut unter Kontrolle sein und erstmals aufeinanderprallen, vorerst mit wenigen Teilchen. Irgendwie müssen die Techniker auch noch die Elektronen-Wolken in den Griff bekommen, die von den vorbeifliegenden Protonen aus der Beschleuniger-Röhre geschlagen werden. Bis Jahresende kann es dauern, bis der LHC einigermaßen in Form ist.