Cern : Mittags knallt es endlich

Beim dritten Versuch hat es schließlich geklappt. Im europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf prallten gestern erstmals Protonen mit einer bis dato unerreichten Wucht aufeinander.

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Gigant von Genf. Der Teilchenbeschleuniger LHC am Cern-Forschungszentrum ist ein Vorzeigeprojekt europäischer Forschung. Foto: ddpddp

Damit ist die „Weltmaschine“, die bisher vor allem durch hohe Kosten und Pannen von sich reden machte, endlich zur Urknallmaschine geworden. Denn bei den gezielten Zusammenstößen entstehen kurzzeitig Bedingungen, wie sie unmittelbar nach dem Urknall herrschten.

Die ineinanderrasenden Protonen zerstieben zu Elementarteilchen. Ist das Tempo hoch genug, lässt sich dabei möglicherweise auch das mysteriöse Higgs-Boson nachweisen. Das hoffen zumindest viele Physiker, für die das Higgs-Teilchen ein wichtiger Bestandteil ihrer Theorien ist.

Der Nachweis soll mithilfe des Large Hadron Colliders (LHC) gelingen. Mit einer Energie von je 3,5 Teraelektronenvolt wurden gestern einzelne Protonenpakete auf gegenläufigen Kreisbahnen aufeinandergehetzt. Zwei Vorbeschleuniger hatten die Teilchen bereits auf 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gebracht, bevor sie in den Hauptring geschickt wurden. Dort machten Magnete den Teilchen noch mehr Tempo und führten sie in kleinen Schritten immer näher an die Lichtgeschwindigkeit heran. Zu 100 Prozent erreichen werden sie diese allerdings nie, das ist physikalisch unmöglich.

Kurz bevor die Protonen erstmals kollidieren, aktiviert der Teilchenbeschleuniger selbstständig die Notbremse. Ein Temperatursensor hatte einen bedenklichen Wert gemeldet. Falscher Alarm, wie sich herausstellt. Der zweite Versuch gegen elf Uhr wird ebenfalls abgebrochen.

Gegen Mittag der dritte Versuch. Erneut werden einige Protonenpakete in das Teilchenkarussell geschickt. Jedes einzelne ist acht Zentimeter lang, dünner als ein menschliches Haar und trägt jetzt in der Anfangsphase „nur“ zehn Milliarden Teilchen. Die Protonen jagen durch die zwei schmalen Röhren. Spezielle Magnete, die auf minus 271 Grad Celsius gekühlt werden, damit sie ihre volle Kraft entfalten können, zwingen die Teilchen immer wieder auf die Kreisbahn.

Auf den Monitoren in den Kontrollräumen verfolgen die Forscher die Position der Strahlen. Einer ist blau markiert, der andere rot. Die beiden Linien nähern sich immer weiter an. Die Anspannung ist den Wissenschaftlern ins Gesicht geschrieben. Kurz vor eins, es dürfte nur noch Augenblicke dauern, bis die Strahlen zusammenfinden. Klappt es dieses Mal?

Dann kommt die Erlösung. Klatschen, Jubel, mancher springt in die Luft. Den Anzeigen zufolge ist es nun endlich gelungen. Den Beweis für die Zusammenstöße sollen die vier Detektoren liefern: hausgroße Apparate, die vollgestopft sind mit Sensoren für unterschiedliche Teilchen. Wieder schauen die Wissenschaftler gespannt auf Monitore und Videoleinwände. 13.06 Uhr setzt der große Jubel ein. Fäuste werden triumphierend in die Luft gereckt, euphorische Kommentatoren sprechen von „großen Gefühlen“ und die Twitter-Meldungen erhalten immer mehr Ausrufezeichen: „First time in the history!!!!!!!!!!!! World record!!!!!!!!“

Im fernen Berlin werden die Ereignisse per Videostream verfolgt, etwa am Institut für Physik der Humboldt-Universität. Die Arbeitsgruppe von Heiko Lacker ist am „Atlas“-Experiment beteiligt und will mithilfe des größten der vier Detektoren schwere Quarks erforschen. Sechs dieser Kernbausteine wurden bereits entdeckt. „Möglicherweise gibt es noch weitere“, sagt Lacker. „Die wollen wir finden.“ Die Suche ist aber sehr aufwendig. Die schweren Quarks, die ebenfalls bei den Kollisionen entstehen, sind nur für extrem kurze Zeit stabil, bevor sie in weitere Teilchen zerfallen. Diese Fragmente werden von Atlas registriert. So wie man Puzzleteile zu einem Bild zusammenfügt, rekonstruieren die Wissenschaftler aus den vielen Messwerten des Detektors das Ursprungsteilchen. „Angesichts der Fülle von Messwerten ist es nicht leicht, spannende von uninteressanten Kollisionen zu unterscheiden“, sagt der Physiker.

Aus den Erfolg versprechenden Datensätzen versuchen sie dann die Eigenschaften des gesuchten Teilchens zu berechnen, etwa die Masse. „Je mehr Ereignisse wir registrieren, umso genauer können wir den Wert bestimmen.“ Parallel dazu werden die Kollisionen mit Großrechnern simuliert, damit die Forscherteams am Cern überhaupt wissen, in welchen Größenordnungen sie nach den für sie interessanten Messwerten suchen sollen. Eines dieser Computerzentren befindet sich an der RWTH Aachen. Auch dort war der Jubel groß, als auf der Videoleinwand die ersten Kollisionen zu sehen waren, berichtet Achim Stahl vom Institut für Physik. Sein Team hat zudem an einem Teil des CMS-Detektors mitgebaut. Nun sind die Forscher gespannt, welche Ergebnisse der LHC liefert.

„Bis die ersten Antworten auf die Frage nach dem Higgs-Boson kommen, werden noch einige Monate vergehen“, sagt Stahl. „Und ob die positiv sind, ist offen.“ Dass der LHC bisher nur mit halber Kraft – 7 statt 14 Teraelektronenvolt – arbeitet, sieht er nicht als Problem. „Allerdings müssen viel mehr Protonen in den Ring gebracht werden, um die Zahl der Kollisionen und damit die Wahrscheinlichkeit für eine Entdeckung des Higgs zu erhöhen“, sagt er. Aber es geht ja gerade erst los.

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