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Teilchenbeschleuniger LHC:Die Cern-Forschungsanlage an der französisch-schweizerischen Grenze
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Mit dem größten zivilen Experiment aller Zeiten will das Europäische Kernforschungszentrum Cern in Genf Rätsel um die Entstehung des Universums und der Struktur der Materie lösen. Im Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) lassen die Forscher Protonen, also energiereiche Kernteilchen, zusammenstoßen. Diese Kollissionen simulieren den Urknall. In dem Experiment wollen Physiker vor allem erkunden, was kurz nach dem Urknall geschah, woraus die rätselhafte Dunkle Materie besteht und warum Materie überhaupt eine Masse besitzt. Nun ist es erstmals gelungen, Protonen mit nie zuvor erreichter Energie kollidieren zu lassen.
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In dem Teilchenbeschleuniger prallten die Elementarteilchen mit der Rekordenergie von sieben Tera-Elektronenvolt aufeinander. Die Physiker brauchten drei Anläufe, um die Teilchen erfolgreich kollidieren zu lassen. Die Versuche markieren den Beginn der wissenschaftlichen Experimente am Large Hadron Collider (LHC), der den Bedingungen des Urknalls so nahe kommen soll wie nie zuvor.
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Teilchenbeschleuniger LHC:27 Kilometer langer Magnet-Ring
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Um seine volle Leistungskraft zu erreichen, muss der Beschleuniger mehrere Jahre laufen. Dabei werden Protonen in einem 27 Kilometer langen Magnet-Ring bei minus 271 Grad bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, um sie dann aufeinanderprallen zu lassen. Der LHC-Tunnel enthält zwei benachbarte Vakuum-Strahlröhren, in denen zwei Hadronenstrahlen jeweils in entgegengesetzter Richtung umlaufen. Die Strahlröhren kreuzen sich an vier Punkten, um die Protonen-Kollision zu ermöglichen. Foto: Cern
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Teilchenbeschleuniger LHC:Die Umlaufbahn des LHC rund 100 Meter unter der Erde
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Der LHC bildet einen fast perfekten Kreis von 26,659 Kilometern Umfang. Er liegt in einem Tunnel etwa 100 Meter unter dem Gebiet der Schweiz und Frankreichs. 9300 Magnete umgeben die Rohre, durch die die Protonen rasen. Die ganze Apparatur musste sehr genau aufgestellt werden, die Abweichung durfte nur einen Zehntel Millimeter auf 150 Metern Wegstrecke betragen. Foto: Cern
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Teilchenbeschleuniger LHC:Computerabbildung der Protonen-Beschleunigung
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Im Inneren der beiden Strahlrohre, durch die die Protonen mit und gegen den Uhrzeigersinn rasen, erreichen die Teilchen 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Da sind 299.792 Kilometer oder 11.245 Umläufe um die Bahn pro Sekunde. Wenn die Teilchen wie geplant zehn Stunden lang kreisen, legen sie zehn Milliarden Kilometer zurück, das übertrifft die Strecke Erde-Neptun und zurück. Foto: Cern
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Teilchenbeschleuniger LHC:Auswertung der Experimente am Computer
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2808 Bündel von jeweils 100 Milliarden Protonen sollen in beiden Richtungen unterwegs sein. Dabei kommt es zu etwa 600 Millionen Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde, wie die Forscher erwarten. Ausgewertet werden davon jedoch nur etwa 100 Kollisionen. Wenn Protonen aus beiden Richtungen frontal kollidieren, herrschen für einen Moment Verhältnisse wie kurz nach dem Urknall. Dort ist es dann mehr als 100.000-mal so heiß wie im Zentrum der Sonne. Foto: afp
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Teilchenbeschleuniger LHC:Messgeräte zur Untersuchung der Protonenkollissionen
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Sechs Detektoren messen in unterirdischen Kammern die Experiment-Verläufe. Sie übertreffen teilweise die Ausmaße des Pantheon in Rom. Der größte von ihnen, "Atlas", misst 46 mal 25 mal 25 Meter. An diesem Experiment arbeiten 1700 Forscher aus 37 Ländern mit. Die größte Gruppe von Wissenschaftlern hingegen betreut die Experimente mit dem hier abgebildeten CMS-Detektor. Hier arbeiten 2000 Menschen mit. Foto: ddp
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Teilchenbeschleuniger LHC:Unter der Anlage verbirgt sich die größte Maschine überhaupt
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Der LHC war am 10. September 2008 nach fast 20-jähriger Bauzeit und 3,9 Milliarden Euro Baukosten unter großer weltweiter Beachtung in Betrieb genommen worden, musste aber kurz darauf wegen gravierender Pannen am Kühlsystem abgestellt werden. 1984 wurde die Idee einer solchen Physikmaschine erstmals diskutiert, zehn Jahre später der Bau beschlossen. Gegner des LHC zogen bis vor den Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte. Sie fürchteten, die Maschine könnte Schwarze Löcher erzeugen, die die Erde verschlucken. Das Gericht wies die Forderung zum Stopp der weltweit größten Forschungsmaschine jedoch ab. Auch das Bundesverfassungsgericht wies die Beschwerde einer Frau zurück, die aus Angst vor dem Weltuntergang das Experiment verbieten lassen wollte.
Foto: Cern (sueddeutsche.de/kvg/beu)