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Teilchenphysik: Weltbild-Revolution im Supertunnel

Der Teilchenbeschleuniger LHC bei Genf ist das komplexeste Hightech-Gerät der Geschichte - und könnte unser Wissen über die Welt revolutionieren, meint der Physiker Rolf Landua. Es geht um eine Antwort auf die großen Fragen des Universums: Gibt es eine kosmische DNA? Eine Spiegelwelt? Und: Steckt Gott in jedem Teilchen?

Als im Jahr 1492 spanische Seefahrer in die Weiten des Atlantiks aufbrachen, suchten sie einen neuen Weg nach Indien – aber sie fanden einen neuen Kontinent.

Im Jahr 2008 wird im Europäischen Kernforschungszentrum Cern für mehr als 8000 Physiker aus der ganzen Welt eine Entdeckungsreise anderer Art in noch unerforschte Tiefen des Mikrokosmos beginnen. Werden sie dort den Schlüssel zum Verständnis der Materie und dem Ursprung des Universums finden?


Der Large Hadron Collider (LHC), der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, befindet sich in einem Tunnel 80 Meter tief unter der Erde in der schweizerisch-französischen Grenzregion bei Genf. In wenigen Monaten wird er seinen Betrieb aufnehmen.

REUTERS
Die Naturwissenschaft prägt das Weltbild in den westlichen Staaten. Hat Gott ausgedient? Kommt die Wissensgesellschaft vom Weg ab? Wie findet das Individuum seinen Platz in einer immer schnelleren und komplexeren Welt? In der "edition unseld" des Suhrkamp-Verlags definieren Forscher und Schriftsteller das Verhältnis zwischen Mensch und Forschung. Exklusiv für SPIEGEL ONLINE haben die Autoren ihre Bände, die im Buchhandel erhältlich sind, zu Essays verdichtet.

Editorial von Ulla Unseld-Berkéwicz
"Hadron" ist ein Name für Protonen und Atomkerne, die mit dem LHC annähernd auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können; "Collider" heißt der Beschleuniger deshalb, weil der LHC solche Teilchen mit sehr großer Bewegungsenergie zur Kollision bringt; und das Wort "Large" versteht sich bei einem Umfang von 27 Kilometern von selbst.

Eine ganze Reihe von Superlativen kennzeichnet den LHC. Eine Hauptkomponente sind 1236 supraleitende Magnete, deren Entwicklung viele technische Innovationen erfordert hat. Bei einer Betriebstemperatur von -271 Grad Celsius erzeugen sie Magnetfelder mit der 150.000-fachen Stärke des Erdmagnetfelds, um die beschleunigten Teilchen auf ihrer Bahn zu halten. Weitere 9000 Magnete bilden zusammen mit dem Beschleunigungs-, Vakuum- und Kühlsystem das größte und komplexeste wissenschaftliche Gerät, das die Menschheit jemals gebaut hat.

Gesucht: das Higgs-Teilchen

Vier Experimente im LHC sind um die vier Kollisionspunkte der gegenläufigen Teilchenstrahlen herum aufgebaut. 600 Millionen Mal pro Sekunde werden Protonen kollidieren und jedes Mal eine Energie freisetzen, die dem 15.000-fachen ihrer eigenen Masse entspricht. In solchen Kollisionen werden Hunderte neuer Teilchen produziert, deren Spuren mit Hilfe gigantischer Detektoren vermessen werden. So will man den Geschehnissen im Universum etwa eine billionstel Sekunde nach dem Urknall auf die Spur kommen.

Auf der Liste der meistgesuchten Objekte ist das Higgs-Teilchen die unumstrittene Nummer eins, knapp gefolgt von supersymmetrischen Teilchen – und vielleicht sogar Phänomenen, die die Existenz zusätzlicher Raumdimensionen beweisen könnten.

Welchen Einfluss werden diese Entdeckungen auf etablierte Theorien und unser Bild der Natur haben? Welche Erwartungen und Hoffnungen sind für die Physiker damit verbunden? Die Experimente am LHC werden einen ersten Einblick in eine bisher unerreichbare Region von Raum und Zeit geben, die unser Weltbild revolutionieren könnten.

Das Akronym Cern steht für "Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire", auf deutsch "Europäischer Rat für Kernforschung", benannt nach dem Gründungsrat im Jahr 1954. Das Cern war gegründet worden, um Europas Wettbewerbsfähigkeit in der Kernphysik wiederherzustellen.

Kurz nach dem Zweiten Weltkrieg waren die meisten europäischen Spitzenforscher in den Vereinigten Staaten. Europas Politiker fürchteten um die Zukunft der europäischen Grundlagenforschung und in der Zeit des Kalten Krieges wohl auch um mögliche Wissensdefizite in der Kernforschung. Die Gründung des Cern durch zwölf europäische Staaten sollte aber vor allem ein Signal der Versöhnung zwischen ehemals verfeindeten Nationen sein. Ein weiterer Grund für die Zusammenarbeit war, dass einzelne Länder den Bau von Beschleunigern zur Erforschung von Atomkernen und Elementarteilchen meist nicht finanzieren konnten. Der damals größte Teilchenbeschleuniger der Welt wurde im Jahr 1959 in Meyrin eingeweiht, einem Vorort von Genf nahe der französischen Grenze.

Die älteste Web-Adresse der Welt heißt www.cern.ch

Heute hat das Cern 20 Mitgliedsländer und Kooperationsabkommen mit über 30 weiteren Ländern. Sein Territorium von der Größe von 600 Fußballfeldern erstreckt sich inzwischen weit über die schweizerisch-französische Grenze hinweg nach Frankreich hinein. Das Cern beschäftigt im Jahr 2007 etwa 2500 Angestellte. Die eigentliche Physikforschung wird durch die mehr als 7000 Gastwissenschaftler von Universitäten und Forschungsinstituten aus den Mitgliedsländern des Cern und aus 65 weiteren Ländern der Erde betrieben. Das Cern ist damit zum Weltlabor geworden.

Das Projekt hat sich ausgezeichnet: Viele fundamentale Eigenschaften der Materie wurden hier entdeckt, und seit 1984 wurde drei Cern-Forschern der Nobelpreis verliehen. Nicht nur in der Physik wurden beachtliche Ergebnisse erzielt: Die älteste Web-Adresse der Welt aus dem Jahr 1989 heißt www.cern.ch, da Tim Berners-Lee hier das World-Wide-Web erfunden hat, um die Kommunikation zwischen den Physikern aus der ganzen Welt zu erleichtern.

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Beschleuniger LHC: Milliardenprojekt im Untergrund

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