CERN: Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt

Das CERN, welches eine Abkürzung für die Europäische Organisation für Kernforschung  (aus dem französischen; “Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire”) ist, befindet sich an der schweiz-französischen Grenze. Das Forschungszentrum wurde bereits in 1954 gegründet und erlangte weltweite Bekanntheit durch den größten Teilchenbeschleuniger der Welt, welcher in 2008 zum ersten Mal Protonen durch die langen Röhren schoss. Doch was ist das CERN? Welche Arbeit wird dort durchgeführt und in welchen Bereichen geforscht? Erfahren Sie nachfolgend alles Wissenswerte rund um CERN.

© CERN

Seit der Gründung des weltweit größten Zentrums für physikalische Grundlagenforschung in 1954 arbeiten mittlerweile 23 Mitgliedstaaten daran, Antworten zu den fundamentalsten Fragen unseres Universums zu finden. Mehr als 12.000 Wissenschaftler aus 85 Nationen sind am CERN tätig. Die Forscher/Innen aus aller Welt arbeiten gemeinsam an einem Teilchenbeschleuniger und mehreren Detektoren, welche in der Lage sind, die kleinsten Bestandteile der Materie wahrzunehmen.

Der große Teilchenbeschleuniger

Ein Teilchenbeschleuniger ist eine Anlage, in welcher kleine, geladene Teilchen, wie zum Beispiel Moleküle oder Atomkerne, bis hin zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können. Dies geschieht durch elektrische Felder in großen, zirkularen oder geradlinigen Röhren, in welchen ein Vakuum herrscht. Wie die Teilchenbeschleuniger aussehen, hängt von ihrem Nutzen ab, also je nachdem für welche Forschungszwecke diese konstruiert wurden. Hier gilt jedoch, dass je größer die Anlage ist, umso höhere Energien können durch die verwendeten Magnete erreicht werden. Der Teilchenbeschleuniger des CERN, LHC genannt (aus dem Englischen; Large Hadron Collider), ist in einem 27 Kilometer langen, ringförmigen Tunnel. Zu diesem gehört ebenfalls ein Netzwerk an unterirdischen Hallen und eine riesige Kühlanlage, welche die Temperatur der Anlage reguliert. Die Anlage des LHC befindet sich rund 100 Meter unter der Erde. Dies ist der Fall, da eine unterirdische Anlage zum einen kostengünstiger in der Anschaffung ist und zum anderen die Umwelt so weniger belastet wird. Es ist jedoch ebenfalls für die Forschung von Vorteil, da der Erdboden als Abschirmung gegen störende Strahlen, welche die Messergebnisse verfälschen können, fungiert.

Die vier großen Experimente

Im LHC werden die kleinen Teilchen, Protonen und Blei-Ionen, durch Magnete in den Vakuum-Röhren, auf eine gegenläufige Kreisbahn gezwungen, sodass sich diese im Tunnel bei annähernder Lichtgeschwindigkeit aufeinander zu bewegen. An verschiedenen Stellen gibt es spezialisierte Messstationen, in welchen die kleinen Teilchen dann gezwungen werden, miteinander zu kollidieren. Rund eine Milliarde Kollisionen schafft der LHC derzeit. Das mag sich zwar nach viel anhören, bis 2025 sollen jedoch dreimal so viele Kollisionen pro Sekunde möglich sein. Dazu soll der LHC aufgerüstet werden, denn mehr Kollisionen bedeutet auch, dass mehr Daten gesammelt werden. Rund zehnmal so viele Daten wie bisher sollen dann an den Messstationen des LHC erfasst werden können. Die Messstationen fungieren als Detektoren, welche beispielsweise nachweisen können, welche “Fußabdrücke” bzw. “Signatur” die Kollision der kleinen Teilchen verursacht hat, d.h. in welche noch kleineren Teilchen diese zerspringen. 

Da jede Messstation eine gewisse Spezialisierung hat, lassen sich dementsprechend vier große Experimente am CERN unterscheiden: ATLAS, ALICE, CMS und LHCb. ATLAS und CMS haben sich auf Proton-Proton-Kollisionen und ALICE auf Schwerionen-Kollisionen spezialisiert. Das Experiment LHCb hingegen misst Teilcheneigenschaften, welche Bottom-Quarks enthalten.Erkenntnisse, welche Experten durch diese Kollisionen erhalten, sollen dabei helfen, dass wir die Materie, aus welcher unser Universum besteht, besser verstehen können. Zum Beispiel wird daher am CERN daran geforscht, das sogenannte Higgs-Teilchen zu verstehen, durch welches Elementarteilchen ihre Masse erhalten sollen. Forschung an weiteren Raumdimensionen könnte es erlauben, dass winzige Schwarze Löcher hergestellt werden, um diese ebenfalls erforschen zu können. 

Deutschland leistet den höchsten Beitrag zum Haushalt des CERN

Das verfügbare Gesamtbudget von CERN bestand in 2019 aus rund 1,14 Milliarde Euro. Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellte rund 21 % dieser Summe zur Verfügung. Somit ist Deutschland der Mitgliedstaat, welcher den höchsten Beitrag zahlt. Zusätzlich stellt das BMBF ebenfalls einen weiteren Betrag zur Verfügung, welcher für Universitäten und andere Forschungseinrichtungen gedacht ist, sodass diese das CERN für ihre Arbeit ebenfalls nutzen und sich somit an der Arbeit, welche im CERN durchgeführt wird, beteiligen können.

© CERN

Fazit

Die Erkenntnisse, welche durch die Arbeit des CERN gewonnen werden, helfen uns unter anderem in Bereichen der Physik, Chemie und Medizin. Weltweit gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Teilchenbeschleuniger, welche jedoch alle eins gemeinsam haben: Sie sollen uns dabei helfen, unsere Naturgesetze und Materie in ihren kleinsten Bestandteilen besser verstehen zu können.

Julia Meyer

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