Virtueller Besuch am Europäischen Zentrum für Kernforschung in Genf

Für alle physikbegeisterten Schülerinnen und Schüler des Physik-Grundkurses der Q2 bei Herrn Krumm gab es am Freitag, den 11. März, die Möglichkeit, an einer virtuellen Führung durch den ATLAS-Detektor am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf teilzunehmen. 

Das CERN ist das größte Forschungszentrum der Welt und liegt bei Genf. Weit über tausend Physikerinnen und Physiker aus insgesamt 85 Ländern arbeiten dort und betreiben modernste Grundlagenforschung. Zentrales Ziel ist dabei, ein konsistentes Weltbild zu schaffen, mit welchem die Prozesse und der Aufbau der uns umgebenden Natur verstanden werden können. Vielen ist bekannt, dass Materie aus Atomen aufgebaut ist. Diese wiederum bestehen aus Protonen und Neutronen im Kern sowie Elektronen in der Hülle. Doch woraus bestehen diese Teilchen? Das ist eine Frage, der sich die Elementarteilchenphysik widmet, ein Teilgebiet der Physik, in welchem man nach den grundlegenden und elementaren Strukturen der Materie sucht. Stellt man sich nun weiter vor, dass die atomare Materie lediglich einen Bruchteil der gesamten Materiedichte des Universums ausmacht, legitimiert dies die mit immensem Aufwand betriebene Forschung auf dem Gebiet der Teilchenphysik. 

Mit dem Large Hadron Collider (LHC), dem größten und leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger der Welt, werden Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend in riesigen Detektoren zur Kollision gebracht. Dabei entstehen dann neue Teilchen, die die Physiker messen können. Das Entdecken neuer Teilchen ist dabei nur eine Aufgabe von vielen. Die Tatsache, dass die zur Kollision gebrachten Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, erlaubt es, in sehr hohe Energiebereiche vorzudringen, sodass auch Vorgänge, wie sie kurz nach dem Entstehen des Universums stattgefunden haben müssen, simuliert und untersucht werden können. So werden auch neue Theorien, wie die der Supersymmetrie oder die von zusätzlichen Raumdimensionen, oder neue Materiearten, wie die Dunkle Materie, untersucht. 

Wir erfuhren von Silke Möbius, die die Führung aus einem der Kontrollräume moderierte, allerhand technische Details. Der LHC hat einen Umfang von 28 Kilometern und liegt etwa 100 Meter unter der Erde. Einer der Detektoren ist der ATLAS-Detektor, ein zylinderförmiger und hochmoderner Detektor, mit einer Länger von 46 Metern und einem Durchmesser von 25 Metern. Das gigantische Gerät wiegt etwa 7.000 Tonnen und liefert pro Sekunde rund 80 Terrabyte Datenmaterial von den Teilchenkollisionen. Eine unvorstellbar große Zahl, bedenkt man, dass das Gerät 24 Stunden am Tag im Einsatz ist. Mit sogenannten Triggern reduziert man die Datenmenge auf etwa 2 Gigabyte pro Sekunde. Es wurde uns auch ein Beispiel für ein neu entdecktes Elementarteilchen genannt: Das Higgs-Boson, mit welchem Physikerinnen und Physiker erklären, warum Teilchen eine Masse haben. Markus Joos und Lena Herrmann zeigten uns über Kameras dann live den unterirdisch gelegenen Detektor. Wir erfuhren von ihnen einiges zum Aufbau und zur Funktionsweise. Der Detektor besteht aus verschiedenen „Lagen“, welche jeweils andere Teilchen erfassen. Die Teilchen lassen sich anhand ihrer Masse und ihrer Ladung unterscheiden. Bis auf Neutrinos, die einen zu geringen Wirkungsquerschnitt aufweisen, lassen sich alle bekannten Teilchen mit dem Detektor aufzeichnen. 

Allgemein war der Einblick in den Detektor sehr beeindruckend. Es ist unvorstellbar, wie viel Technik und wie viele Kabel in dem ATLAS-Detektor stecken und mit welcher Präzision die gesamte Maschine arbeitet. Viele Bauteile wurden eigens dafür hergestellt. Mit großem Respekt blicken wir auf all die Forscherinnen und Forscher, die dort arbeiten und versuchen, unsere Welt mit all ihren Geheimnissen ein wenig mehr zu verstehen.