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StartseiteForschung aktuellSchnurgerade Rennstrecke31.05.2007

Schnurgerade Rennstrecke

Neues Spielzeug für Teilchenphysiker

Physik. – Der weltgrößte Ringbeschleuniger hat noch nicht seinen Betrieb aufgenommen, da bringen die Teilchenphysiker schon ihr nächstes Riesenspielzeug in trockene Tücher: der Internationale Lineare Beschleuniger (ILC). Auf einer Tagung in Hamburg wurde die Mammutanlage jetzt diskutiert.

Von Frank Grotelüschen

Ein Bauelement des ILC im Test beim US-amerikanischen Fermilab. (Fermilab Visual Media Services)
Ein Bauelement des ILC im Test beim US-amerikanischen Fermilab. (Fermilab Visual Media Services)

"”Es sind zwei Teilchenkanonen, jede zwölf Kilometer lang. Sie feuern Elektronen frontal aufeinander. Und diese Kollisionen wollen wir untersuchen.""

Es ist ein ehrgeiziger Plan, den Barry Barish verfolgt. Gemeinsam mit Hunderten anderer Physiker will der US-Amerikaner den längsten Teilchenbeschleuniger aller Zeit bauen – den ILC, das steht für International Linear Collider. Im Gegensatz zu den bisherigen Anlagen soll er nicht mehr die Form eines Ringes haben, sondern schnurgerade sein. Das soll Strahlungsverluste entscheidend minimieren. Und: Der ILC soll mit einer neuen Beschleunigertechnologie funktionieren – mit 16.000 Spezialröhren, die mit Flüssighelium bis auf minus 268 Grad Celsius herabgekühlt werden und dann supraleitend sind, das heißt ihren elektrischen Widerstand völlig verlieren. Der Vorteil:

"Obwohl man Leistung braucht, um das erst mal kalt zu machen und auch kalt zu halten, ist es effizienter, damit die Teilchen zu beschleunigen. Dadurch kann man letztendlich Energie sparen, also Leistung, die man für den Betrieb braucht","

sagt Lutz Lilje, Physiker am Forschungszentrum Desy in Hamburg. Die Strom sparenden Beschleunigerröhren sollen Elektronen auf eine Energie von 250 Gigaelektronenvolt bringen – 2,5 Mal soviel wie bislang möglich. In der Mitte der Anlage prallen die Elektronen frontal auf eine andere Sorte von Elektronen – Antielektronen genannt. Bei der Kollision vernichten sich die Teilchen und werden zu einem winzigen, aber extrem dichten Energieblitz. Aus diesem Blitz können neue, bislang unbekannte Teilchen entstehen – Teilchen, die die Physiker mit einem Detektor beobachten wollen. Das ist eine Art Riesenkamera, hoch wie ein Haus, vollgestopft mit hochsensiblen Sensoren. Um nun die Teilchenkollisionen so umfassend wie möglich zu studieren, würden die Forscher am liebsten zwei Detektoren unterschiedlicher Bauart verwenden, die sie dann abwechselnd in den Kollisionspunkt schieben – und zwar mit Millimeterpräzision, sagt Desy-Physiker Ties Behnke.

""Das ist eine Herausforderung, um das vorsichtig auszudrücken. Wir reden hier darüber, dass wir Massen in einem Bereich von 4000 bis 5000 Tonnen bewegen müssen. Das ist wahrscheinlich am besten machbar mit einem Luftkissensystem. Ob es dann funktioniert, diese Monster mit der ausreichenden Präzision in den Ausgangszustand zurückzukriegen, muss natürlich sehr genau untersucht werden."

Doch welche neuen unbekannten Teilchen soll der ILC aufspüren? Da wäre vor allem ein Teilchen namens Higgs, sagt ILC- Direktor Barry Barish.

"”Es ist ein hypothetisches Teilchen, das erklärt, warum es Masse gibt, warum wir überhaupt etwas wiegen.""

Das Higgs-Teilchen gilt als der letzte noch fehlende Baustein des Standardmodells. So heiß das derzeit gültige Weltbild der Teilchenphysik. Nun dürfte das Higgs zwar schon durch einen anderen Beschleuniger gefunden werden – den LHC, der im kommenden Jahr in Genf in Betrieb geht. Aber der LHC feuert keine Elektronen aufeinander, sondern Wasserstoffkerne. Und deren Kollisionen sind viel schwerer auszuwerten als die von Elektronen. Daraus ergibt sich eine Arbeitsteilung: Der LHC soll neue Teilchen entdecken, der ILC soll sie dann später präzise vermessen. Doch noch ist es nicht soweit. Noch stecken Barry Barish und seine Leute mitten in den Planungen. Im Sommer soll erst mal eine Konzeptstudie fertig sein. Barish:

"Danach werden wir mit der detaillierten Konstruktion anfangen. Das dürfte drei Jahre dauern, also bis 2010. Erst dann kann das Projekt bewilligt werden. Im günstigsten Fall könnten wir 2012 mit dem Bau beginnen, und 2019 wäre die Maschine fertig."

Wahrscheinlich aber wird’s später werden. Sechs Milliarden Euro dürfte der Superbeschleuniger insgesamt kosten. Und so eine Summe aufzutreiben braucht erfahrungsgemäß Zeit. Zumal der ILC ein Novum in der Geschichte der Teilchenforschung darstellt: Er soll eine regelrechte Weltmaschine werden – ein Gerät, das Europäer, Amerikaner und Japaner gemeinsam bauen. Bei dieser Konstellation scheinen politische Reibereien programmiert – etwa wenn es darum geht, wo das Riesenteil dann eines Tages stehen werden soll.

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