Teilchenbeschleuniger geht in Betrieb

Am 10. September wird der Teilchenbeschleuniger LHC am Kernforschungszentrum CERN in Betrieb genommen. Aus kleinsten Teilchen machen die Wissenschaftler noch kleinere und erforschen so den Urknall, den Ursprung des Universums. Einige Forscher warnen bereits seit Wochen davor, dass bei den Versuchen ein Schwarzes Loch entstehen könnte, das die Erde verschluckt. Davon hält die junge US-Physikerin Kate McAlpine herzlich wenig - sie rappt viel lieber über die Experimente im LHC und ist bereits ein Internet-Star!








Professor Otto E. Rössler befürchtet angesichts der Inbetriebnahme von LHC Schlimmes: "Das Schwarze Loch würde sich zunächst irgendwo in der Erde befinden, dort herumkreisen, sich irgendwann festsetzen und von dort aus immer stärker exponentiell wachsen, was irgendwann zu sichtbaren Effekten führen würde." Rösslers Ansicht nach könnte die Erde von Schwarzen Löchern verschlungen werden – zwar nicht auf einen Schlag, aber unaufhaltsam.
CERN beschwichtigt und hält die Schwarze-Loch-Theorie für Angstmacherei. Der CERN-Physiker John Ellis sagt: "Wenn die Partikel sich treffen, ist es so, als würden zwei Moskitos zusammenstoßen. Das wären unglaublich kleine schwarze Löcher mit sehr wenig Energie. Und wahrscheinlich entstehen nicht einmal die."
23-Jährige rappt über Teilchenphysik-Experimente
Die Welt der Teilchenphysik und die Experimente im Teilchenbeschleuniger LHC beim CERN sind auch bei YouTube ein Hit: Die 23-jährige US-Amerikanerin Kate McAlpine, eine Wissenschaftsautorin beim CERN, erklärt in ihrem "Large Hadron Rap" zu coolen Beats eingängig komplizierte Dinge wie Higgs-Teilchen, Urknall, Dunkle Materie und die Experimente in dem 27 Kilometer langen Tunnel an der schweizerisch-französischen Grenze.
"Die Dinge, die er entdeckt, die knallen voll rein", singt McAlpine, die zugibt, dass "Rap und Physik kulturell meilenweit voneinander entfernt sind". "Ich fand es amüsant, es zu versuchen, und die beiden Bereiche zu vermischen." Das fanden auch andere unterhaltsam, der Wissenschafts-Rap wurde bei YouTube bereits mehr als eine Million Mal angeklickt.

CERN: "Wir lieben den Rap"
Auch Physiker sind zufrieden mit dieser unkonventionellen Vermittlung ihres Forschungsgebiets: "Wir lieben den Rap", sagt CERN-Sprecher James Gillies - zumal wissenschaftlich alles ganz korrekt dargestellt sei. Zunächst sei er ja skeptisch gewesen, als McAlpine mit ihrer Idee ankam. "Aber als ich ihre früheren Wissenschafts-Raps sah und den Text, da war ich überzeugt." Es sei die nahezu die einhellige Meinung der Physiker, dass der Rap eine gelungene Sache sei.
McAlpine schrieb den Text auf ihrem 40-minütigen Weg zur Arbeit von Genf aus in öffentlichen Verkehrsmitteln. Dann überredete sie einen Freund, die Beats unterzumischen, und Freunde, mit ihr in den unterirdischen Tunneln und Höhlen zu tanzen, in denen die Experimente stattfinden werden. "Wir hatten für einige Stellen eine besondere Aufsicht dabei", berichtet die 23-Jährige. Einige Verantwortliche seien den "Rappern gegenüber höchst misstrauisch" gewesen. www.krone.at

Die Urknall-Maschine läuft! Der Teilchenbeschleuniger LHC am Schweizer Kernforschungszentrum CERN ist erfolgreich gestartet worden. Um exakt 9.33 Uhr schossen die Forscher einen ersten Protonenstrahl in den drei Milliarden Euro teuren "Large Hadron Collider" ein. Die nächsten Wochen über werden jetzt Stabilitätstests durchgeführt. Ziel der Experimente ist eine Urknall-Simulation in der die Wissenschaftler aus kleinsten Teilchen noch kleinere machen wollen, in der Hoffnung, dabei neue Erkenntnisse über die Entstehung des Universums zu gewinnen. Während CERN-Kritiker den Weltuntergang fürchten, hat der renommierte Wissenschaftler Stephen Hawking 100 Euro gegen das Experiment gesetzt.



Durch die 27 km lange Röhre, die sich mehr als 50 Meter unter der Erde befindet, werden die Wissenschafter in den nächsten Wochen Elementarteilchen mit beinahe Lichtgeschwindigkeit aufeinander schießen und dabei eine Glut entstehen lassen, wie sie unmittelbar nach dem Urknall herrschte, also bei der Geburt des Universums. Zunächst werden aber nur Protonenstrahlen mit relativ geringer Energie in einer Richtung durch den auf minus 271 Grad heruntergekühlten Beschleuniger geschickt.
Der Beginn der eigentlichen Urknall-Experimente erfolgt also erst in einigen Wochen. Bis dahin müssen die Forscher dafür sorgen, dass der erste Protonenstrahl stabil in der Vakuumröhre zirkuliert. Danach wird der zweite Protonenstrahl in gegenläufiger Richtung eingeschossen. Erst dann - rückblickend nach mehr als zwanzig Jahren Planungs- und Bauzeit - können sie die mit beinahe Lichtgeschwindigkeit zirkulierenden Protonenpakete zur Kollision bringen. Mit voller Energie werden die Teilchenstrahlen aber überhaupt erst nächstes Jahr aufeinanderprallen. Weltuntergangs-Propheten (mehr dazu weiter unten) stehen demnach noch viele weitere schlaflose Nächte bevor.
Auf der Suche nach dem "Gottesteilchen"
Die Forscher machen sich mit Hilfe einer der kompliziertesten je von Menschen erbauten Maschine zunächst auf die Suche nach dem sogenannten Higgs-Teilchen, ohne das die Elementarteilchen der bisher gültigen Theorie zufolge keine Masse hätten. Entdecken die Physiker am europäischen Teilchenphysikzentrum CERN dieses "Gottesteilchen", kann sich dessen Namensgeber, der britische Physiker Peter Higgs, Hoffnungen auf den Nobelpreis machen. Erste Hinweise auf das Teilchen könnte der LHC möglicherweise schon im nächsten Jahr liefern. Wenn das Higgs-Boson aber besonders leicht sein sollte, müsse man auf einen Nachweis bis 2010 warten.

Skeptiker: "Schwarzes Loch wird Erde verschlucken!"
Indes befürchten Skeptiker, dass die Experimente den Weltuntergang in Gang setzen könnten. Seit Wochen warnen sie davor, dass bei den Versuchen ein Schwarzes Loch entstehen könnte, das die Erde verschluckt. Der deutsche Professor Otto E. Rössler: "Das Schwarze Loch würde sich zunächst irgendwo in der Erde befinden, dort herumkreisen, sich irgendwann festsetzen und von dort aus immer stärker exponentiell wachsen, was irgendwann zu sichtbaren Effekten führen würde." Rösslers Ansicht nach könnte die Erde von Schwarzen Löchern verschlungen werden – zwar nicht auf einen Schlag, aber unaufhaltsam.
CERN-Forscher beschwichtigen
Befürchtungen, die das Atomforschungszentrum CERN nicht teilt. Letztlich fänden Ereignisse wie in dem Teilchenbeschleuniger ständig auf der Erde statt, wenn diese auf ihrem Weg durch den Weltraum auf hochenergetische kosmische Strahlung stoße. "Die Natur hat bereits die Entsprechung von hunderttausend LHC-Testprogrammen auf der Erde durchgeführt, und der Planet ist noch immer da." Eine Gruppe von CERN-Experten hatte die Sicherheitsfrage schon im Jahr 2003 eingehend untersucht und dann grünes Licht gegeben. Frankreich hatte unabhängig davon seine Atomaufsicht mit einer Prüfung beauftragt und war zu demselben Ergebnis gekommen.
Physikerin erklärt es in coolem Rap
Auch wenn in dem Teilchenbeschleuniger Schwarze Löcher erzeugt werden könnten, würden diese "mikroskopisch" klein sein und sich praktisch sofort wieder auflösen, schrieben CERN-Physiker in einer Studie im Fachblatt des Londoner Instituts für Physik. "Alles easy", sagt auch die Wissenschaftlerin Kate McAlpine, die mit ihrem Rap über den Teilchenbeschleuniger (siehe Infobox) im Internet zum Star avancierte. "Wenn die Partikel sich treffen, ist es so, als würden zwei Moskitos zusammenstoßen. Das wären unglaublich kleine schwarze Löcher mit sehr wenig Energie. Und wahrscheinlich entstehen nicht einmal die", beschwichtigt auch CERN-Physiker John Ellis.

Hawking setzt 100 Dollar gegen das Experiment
Der renommierte Wissenschaftler Stephen Hawking ("Das Universum in der Nussschale") hat indes 100 Dollar gegen das LHC-Experiment gesetzt. In einem Interview mit der Agence France Presse sagte Hawking zwar, dass er glaube, dass die CERN-Forscher "genug in der Hand haben, um das Higgs-Teilchen zu finden". Der LHC werde die Kraft in der Teilchenforschung vervierfachen. Trotzdem hat Hawking dagegen gewettet, weil er es "spannender fände, wenn das Higgs-Teilchen nicht gefunden wird". "Das würde alle Theorien umstoßen, und wir müssten von vorne anfangen", so Hawking.
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Zur CERN Website samt Webcam:
http://webcast.cern.ch/index.html?format=flash&channel=Channel%202

Der Schaden am wegen einer Panne stillstehenden Teilchenbeschleuniger (LHC) am CERN ist unterschätzt worden. Das sagte der neue CERN-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer in einem Interview mit der Zeitung "Sonntag". Die Reparatur koste 20 bis 26 Millionen Euro.




Er hoffe, die Kosten würden nicht noch höher, sagte Heuer, der dem Europäischen Laboratorium für Teilchenphysik seit 1. Jänner vorsteht, in dem Interview. Die Experimente mit dem LHC würden im Sommer anlaufen. "Aber erst 2010 werden wir mit voller Energie loslegen". Er wolle sicher sein, dass beim LHC alles funktioniere. Heuer will den Beschleuniger deshalb zusätzlich von einer externen Gruppe prüfen lassen. Nicht Misstrauen gegenüber den CERN-Mitarbeitern sei der Grund dafür, sondern weil man mit der Zeit systemblind werde, wenn man lange Zeit an etwas arbeite.
Eine Panne legte im September den Large Hadron Collider (LHC) nur zehn Tage nach dem Start lahm. Grund war eine defekte elektrische Schaltverbindung. Zunächst waren die Verantwortlichen von einer Reparaturzeit von etwa zwei Monaten ausgegangen.
Im LHC prallen Protonen aufeinander. Die Forschung will aus den dabei entstehenden Teilchensplittern neue grundlegende Erkenntnisse über die Materie und das Universum gewinnen. Mit dem LHC können Bedingungen erzeugt werden, wie sie einen Bruchteil von einer Sekunde nach dem Urknall geherrscht haben sollen. www.krone.at

Am Protonenbeschleuniger des europäischen Kernforschungszentrums laufen die Reparaturen auf Hochtouren. Noch 2009 sollen erstmals Teilchen kollidieren.

Dass der „Large Hadron Collider“ des Cern-Zentrums bei Genf eine komplexe Maschine ist, wahrscheinlich sogar die komplizierteste, die Menschen je konstruierten, hat sich inzwischen herumgesprochen. Nach einem technischen Defekt kurz nach den ersten Testläufen im September steht noch kein exakter Termin für den Neustart fest. Trotz der Schwierigkeiten gehen die Projektverantwortlichen davon aus, dass die ersten Protonenkollisionen noch 2009 gelingen, die neue Erkenntnisse über Ursprung und Wesen der Materie liefern sollen.

Allerdings, so schränkte James Gillies vom Cern ein, werde die Leistung des Teilchenbeschleunigers in diesem Jahr noch nicht auf volle 14 Teravolt hochgefahren werden. „Dieses Jahr sind Kollisionen auf niedrigerem Energielevel vorgesehen“, sagte er. Nach Angaben der „Süddeutschen Zeitung“ vom Mittwoch soll die Anlage frühestens im Sommer mit rund 70 Prozent ihrer Leistung betrieben werden, bevor 2010 erstmals einhundert Prozent erreicht werden könnten. Gillies zufolge wurde ein Workshop für kommende Woche einberufen, in dem beteiligte Forscher und Techniker mit dem neuen Cern-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer zusammentreffen wollen, um das vergangene Jahr Revue passieren zu lassen und um einen realistischen Terminausblick für 2009 abzugeben.

53 Magnete entfernt
Inzwischen habe man einen besseren Überblick über die Ereignisse gewonnen, die den LHC im September lahmlegten, erklärte Rüdiger Schmidt, Leitender Wissenschaftler am Cern. Im Tunnelabschnitt zwischen den Sektoren 3 und 4 des Beschleunigerrings hätten Techniker inzwischen 53 Magnete entfernt. Diese würden nun einzeln auf Defekte überprüft. Ein Teil der überprüften Magnete würde nun nach und nach wieder eingesetzt. Um die Reparaturarbeiten zu beschleunigen, greife man auch auf Reservemagnete zurück. „Weil wir Ersatzmagnete haben, können wir die Reparaturen genau planen“, sagte Schmidt. Aufgabe der jeweils bis zu 15 Meter langen und 40 Tonnen schweren Magnete ist es, den Protonenstrahl auf seiner Bahn zu halten und zu bündeln.

Auslöser der gegenwärtigen Probleme sei eine „wahrscheinlich von vorneherein defekte elektrische Verbindung zwischen zwei Magneten“ gewesen. Zwischen den 1700 Hauptmagneten des Teilchenbeschleunigers gebe es etwa 10 000 solcher Verbindungen, die einen Strom mit der Stärke von 12 000 Ampere durch die Magneten leiten. Die Hochstromverbindungen stecken in mit flüssigem Helium gefüllten Rohren. Ein von der defekten Verbindung ausgehender elektrischer Funke brannte offenbar ein Loch in das Heliumrohr, woraufhin die auf 1,9 Grad Kelvin (Minus 271 Grad Celsius) heruntergekühlte Flüssigkeit in die Vakuumröhre eintrat, in der die ebenfalls gekühlten Magneten stecken. Das Helium erwärmte sich darin und dehnte sich stark aus. Dabei baute sich Schmidt zufolge in der Vakuumröhre ein gewaltiger Druck auf, der die Magnete reihenweise verschob.

„Wir haben aus diesem Vorfall wahnsinnig viel gelernt“, sagte Schmidt. Die Reparaturen seien aufwendig, ebenso aufwendig sei es jedoch gewesen, den LHC sicherer zu machen. Mit neu entwickelten Systemen sei es in Zukunft möglich, defekte Leitungen früher zu erkennen. „Der LHC wird weiterhin eine kritische Maschine bleiben“, sagte Schmidt. „Wir versuchen, möglichst viel daraus zu lernen und die Risiken zu reduzieren. Zu einem Aufreißen elektrischer Verbindungen sollte es nicht wieder kommen, und falls dennoch Fehler auftreten, sollten Schäden möglichst gering gehalten werden.“

Neue Studie kritisiert die Risikobewertung
Während das europäische Kernforschungszentrum die Weichen für den Neustart der Anlage stellt, stellen kritische Stimmen die Sicherheit des Vorhabens als Ganzes in Frage. Drei Mitarbeiter des „Future of Humanity Institute“ der Universität Oxford beschreiben in einer wissenschaftlichen Publikation methodologische Schwierigkeiten, die Wahrscheinlichkeiten extrem risikoreicher Ereignisse wie einem Meteoriteneinschlag oder einer globalen Epidemie zu berechnen. Bezugnehmend auf den LHC kommen die Autoren zu dem Schluss, dass einerseits die bestehenden Risikobewertungen bereits sehr gründlich und komplex seien, andererseits aber die zugrunde gelegten physikalischen Theorien noch Fehler enthalten könnten.

Konfrontiert mit dem Vorwurf, die Sicherheitsbewertung des LHC sei möglicherweise noch lückenhaft, verwies James Gillies auf das Hauptargument, dass sämtliche Vorgänge, die im Teilchenbeschleuniger ablaufen, auch in der Natur abliefen. Man stütze sich dabei auf jahrelange Beobachtungen hochenergetischer kosmischer Strahlung, die auf die Erdatmosphäre trifft.Von FOCUS-Online-Autor Wolfgang Müller www.focus.de

Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt läuft wieder: Das Gerät habe am Genfer Institut CERN in der Nacht auf Sonntag nach Wartungsarbeiten wieder seinen Betrieb aufgenommen, erklärte das Institut. Der erste Protonenstrahl sei um 04.10 Uhr MEZ durch den 27 Kilometer langen Ringtunnel des LHC, der seit gut einem Jahr stillgestanden hatte, gerast.


Die Wissenschaftler am Kernforschungsinstitut CERN lassen die Strahlen kollidieren, um neue Einblicke in die Entstehung des Universums zu erhalten.
In einer ersten Phase wird der LHC mit der Hälfte seines Potenzials laufen. Mitte März soll er eine Kollisionsenergie von 7 Tera-Elektronenvolt (TeV) erreichen, die er bis im Herbst 2011 nicht überschreiten wird. Danach wird er neu konfiguriert, damit er das Fernziel von 14 TeV erreichen kann.
Neuland für die Physiker
Auch die Hälfte des Potenzials erlaubt bereits neue Entdeckungen. Die Physiker sind in diesem Bereich mit einem bisher unbekannten Umfeld konfrontiert. Mit den Kollisionen sollen Bedingungen wie kurz nach dem Urknall simuliert werden. Dadurch könnten vielleicht bisher nur theoretisch beschriebene Teilchen wie das "Higgs-Boson" nachgewiesen werden. Das "Higgs-Boson" ermöglicht gemäß dem Standardmodell der Physik, dass Teilchen überhaupt Masse haben.
Eröffnet wurde der LHC am 10. September 2008. Nach neun Tagen legte eine Panne im Kühlsystem den Beschleuniger lahm. Die Reparaturarbeiten dauerten viel länger als geplant. www.krone.at

Im dritten Anlauf und nach mehreren Fehlalarmen haben es die Physiker des Forschungszentrum CERN am Dienstag doch noch geschafft, Atomkerne mit noch nie da gewesener Energie kollidieren zu lassen. Im weltgrößten Teilchenbeschleuniger LHC prallten Protonen erstmals mit der Rekordenergie von sieben Tera-Elektronenvolt aufeinander. "Es ist ein großer Tag für Teilchen-Physiker", freute sich CERN-Direktor Rolf Heuer. "Viele Menschen haben lange auf diesen Moment gewartet, ihre Geduld und Engagement fängt jetzt an, Früchte zu tragen."




Als um 13.06 Uhr Detektoren die Kollision anzeigten, brach im Kontrollraum Applaus aus, denn vor dem Experiment konnte niemand wissen, ob es innerhalb der ersten Minuten und Stunden tatsächlich gelingen würde, den Zusammenprall von Protonen nachzuweisen. "Es ist, als ob man zwei Nadeln über dem Atlantik zusammenstoßen lassen wolle", hatte Heuer im Vorfeld des Experimentes gesagt.
Neuer Energierekord
Seit zehn Tagen jagen Protonenstrahlen mit einer Energie von je 3,5 Billionen Elektronenvolt in gegenläufiger Richtung durch den ringförmigen 27 Kilometer langen Tunnel der europäischen Forschungseinrichtung, um dann zu kollidieren. Das ist dreimal so viel Energie wie beim bisherigen Rekord, der vom Teilchenbeschleuniger Tevatron bei Chicago gehalten wurde.
Im Regen der Kollisionsbruchstücke werden die Forscher nach unbekannten Elementarteilchen suchen. Sie erhoffen sich dadurch nicht nur Antworten auf viele offene Fragen zur Struktur der Materie, sondern auch zur Entstehung des Universums. Unter anderem will man der mysteriösen Dunklen Materie auf die Spur kommen, die im Weltall vier- bis fünfmal so häufig ist wie die uns bekannte.
Bedingungen nahe am Urknall
Der LHC war im September 2008 in Betrieb gegangen, musste dann aber wegen eines technischen Defekts mehr als ein Jahr lang überholt werden. Die erstmals geglückten Versuche markieren nach einer langen Durststrecke und den teuren Pannen nun den Beginn der revolutionären Experimente am "Large Hadron Collider". Mit den Highspeed-Kollisionen will man den Bedingungen des Urknalls so nahe kommen wie nie zuvor. Jedes Atomkernteilchen hat dabei in etwa die Energie eines springenden Flohs - allerdings besteht ein Floh aus rund 100 Milliarden mal Milliarden solcher Teilchen.

Panne durch Fehlalarm am Vormittag
Zu Beginn des lang erwarteten "Urknall-Tags" am Dienstag gab es für die ohnehin leidgeprüften Wissenschafter des Forschungszentrums noch eine letzte Zerreißprobe. Weil das Sicherheitssystem den LHC "ausbremste", musste der Rekordversuch am Vormittag neu gestartet werden. "Solche kleinen Pannen sind absolut normal", erläuterte Heuer, der per Videolink live aus Japan zugeschaltet war. "Wir haben eine Unzahl von Komponenten, die alle zur selben Zeit funktionieren sollen."
Laut dem Leiter des Instituts für Hochenergiephysik der Akademie der Wissenschaften in Wien, Christian Fabjan, war die Panne beim Rekordbeschleuniger aber kein primärer LHC-Fehler. Der Beschleuniger sei bis ca. 6 Uhr früh mit 3,5 Tera-Elektronenvolt gelaufen, erklärte Fabjan. Dann hätten Stromschwankungen zum Verlust des Strahles geführt. Nach einem Wiederanfahren gab es dann einen Fehlalarm des Sicherheitssystems. "Meines Wissens war die Ursache eine Wechselwirkung im Magnetsystem - eigentlich kein Problem des LHC, sondern der Stromversorgung", so Fabjan.
Eine Forscher-Gruppe in Wien wertet die anfallenden CERN-Daten auf Hinweise auf Dunkle Materie aus. Eine weitere Gruppe arbeitet an der sogenannten starken Wechselwirkung, also an der Kernkraft. Auch daran gäbe es noch genug zu forschen. "Wir müssen zuerst die bekannte Physik verstehen, um neue, unbekannte Physik zu erkennen", sagte Fabjan. Solche "neue Physik" wäre etwa die Dunkle Materie.
Suche nach dem Higgs-Teilchen - mit Schwarzen Löchern
Die Forscher am CERN hoffen, dass sie bei den Versuchen in den nächsten Jahren auch bislang nur theoretisch beschriebene Partikel wie das Higgs-Teilchen nachweisen können werden. Dieses ermöglicht gemäß dem Standardmodell der Physik, dass Teilchen überhaupt eine Masse haben. Wenn das "Higgs" existiere, werde es auch am LHC entdeckt, meinte CERN-Direktor Heuer.
Das Standardmodell erkläre zudem lediglich vier bis fünf Prozent der Materie- und Energiedichte des Universums, der Rest liege im Dunkeln. "Ich erhoffe mir wirklich in den nächsten paar Jahren das erste Licht in dieses dunkle Universum."

Angst vor möglichen Schwarzen Löchern, die die Erde verschlingen - wie manche Forscher befürchten - haben die Teilchenphysiker weiterhin nicht. Bei der Rekonstruktion des Urknalls könnten zwar mikroskopisch kleine Schwarze Löcher entstehen, der Weltuntergang stehe aber nicht bevor, sagte Heuer, denn sie wären so mikroskopisch klein, dass sie sofort wieder zerfallen würden. www.krone.at