Gigantisch, dennoch gespickt mit Nanotechnik: Der CMS-Detektor am europäischen Forschungszentrum Cern soll das Higgs-Teilchen aufspüren
24. November 2009 Drei Tage nach dem erfolgreichen Neustart des weltweit größten Teilchenbeschleunigers, des „Large Hadron Colliders“ (LHC), sind am Montag dieser Woche erstmals zwei gegensinnig umlaufende Protonenstrahlen zur Kollision gebracht worden. Die Wasserstoffkerne seien an zwei Stellen des 27 Kilometer langen Speicherrings zusammengeprallt, gab der Betreiber des LHC, das europäische Forschungszentrum Cern bei Genf, bekannt.
Sanfter Zusammenprall
Die Kollisionen waren „sanft“ erfolgt – bei einer Energie von 900 Milliarden Elektronenvolt (Gigaelektronenvolt, GeV), statt der maximal möglichen 14 000 GeV. Jeden der beiden Teilchenstrahlen hatte man zuvor mehrmals umlaufen lassen und auf eine Energie von 450 GeV beschleunigt, bevor man sie an den vorgesehenen Stellen zusammenführte.
Die Fragmente, die bei dem Zusammenprall entstanden waren, sind an den Punkten 1 und 5 des LHC von den Detektoren Atlas und CMS – und später an den Punkten 2 und 8 von den Detektoren Alice und LHCb – registriert worden. Die vier Detektoren – jeder ist so groß wie ein Mehrfamilienhaus – sind in unterirdischen Hallen untergebracht, wo sie jeweils einen Kollisionspunkt umschließen. Ob alle Einheiten von Atlas, CMS, Alice oder LHCb funktionierten, verfolgtem die Wissenschaftler an Monitoren, wo sie die Geschehnisse im Inneren der Geräte aus verschiedenen Perspektiven betrachten können. So war der Montag schließlich auch eine Feuerprobe für die vier Detektoren, die man bisher nur mit Myonen aus der Höhenstrahlung getestet hatte.
Der Weihnachtswunsch
Läuft alles weiterhin so reibungslos, wird die Energie der kreisenden Teilchenstrahlen schrittweise erhöht. Noch vor Weihnachten, so hoffen die Forscher, könnten Pakete von Wasserstoffkernen mit einer Energie von 2400 GeV zusammenprallen. „Das ist wie bei einem neuen Auto – wir fahren es langsam an“, begründet Rolf-Dieter Heuer, Generaldirektor des Cern, das behutsame Vorgehen. Im Januar 2010 will man die zirkulierenden Teilchenstrahlen auf jeweils 3500 GeV beschleunigen, so dass bei den Kollisionen die Hälfte der maximal möglichen Energie des LHC freigesetzt wird. Dann wird der LHC die 3,5-fache Energie des bislang leistungsfähigsten Teilchenbeschleunigers besitzen, des „Tevatron“ am Ferbilab bei Chicago.
Dann ist auch mit den ersten wissenschaftlichen Ergebnissen zu rechnen. So hofft man, bei den Kollisionen unter anderem Partikeln zu erzeugen, die mögliche Kandidaten für die dunkle Materie sind – „if nature is kind to us“, wie Heuer am Montag vor Journalisten in Genf einräumte. Vor allem wird man sich aber darauf konzentrieren, die Maschine und die Detektoren im Detail zu verstehen und Teilchen – wie das Top-Quark, die W- und Z-Bosonen – zu produzieren, deren Eigenschaften man bereits aus früheren Experimenten recht gut kennt.
Es wird noch langen Atem brauchen
Der Nachweis des Higgs-Teilchens, das allen Elementarteilchen ihre Masse verleihen soll, wird allerdings wohl noch länger auf sich warten lassen. Dazu bedarf es einer Aufrüstung des LHC auf eine Kollisionsenergie von 14 000 GeV, was eine längere Pause gegen Ende von 2010 erfordern dürfte. Da die Prozesse, die das Higgs-Boson erzeugen, extrem selten sind, benötigt man zudem eine hohe Intensität der kollidierenden Teilchenstrahlen. Das wird erst möglich sein, wenn der LHC von 2011 an mit voller Leistung läuft. Dann wird man dem Urknall so nahe kommen,wie nie zuvor - zumindest im Labor auf einem Fleck von rund einem Mikrometer.
Text: F.A.Z.
Bildmaterial: ddp
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