Nobelpreis Der letzte Baustein
Der Brite Peter Higgs und der Belgier François Englert erhalten den Nobelpreis für Physik. Sie haben schon 1964 theoretisch erklärt, wieso Elementarteilchen überhaupt Masse haben. Higgs wurde zum Namensgeber des Higgs-Teilchens.
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Der Informationsbildschirm zum Detektor Atlas sagt es kurz und knapp: Shutdown – no beam. Kein Strahl im Beschleunigertunnel. Noch mindestens anderthalb Jahre wird am Teilchenbeschleuniger LHC gearbeitet, bevor er mit doppelt so hoher Energie wieder angefahren wird.
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Selbst wenn keine Messungen stattfinden, ist der Kontrollraum des Atlas-Experiments nicht ganz leer. Mancher arbeitet dort, aber wichtiger ist, dass irgendjemand von oben zuschaut, wenn unten, 100 Meter unter der Erde, gearbeitet wird.
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Rolf-Dieter Heuer ist seit 2009 Generaldirektor des Forschungszentrums Cern, das den Teilchenbeschleuniger LHC betreibt. Geboren ist er in Bad Boll, studiert hat er in Stuttgart. Seine Amtszeit endet 2014. Bis dahin hat er einen Wunsch, sagt er: „Ich will das Biest gut zum Laufen bringen.“ Nach der Umbaupause werde das Cern „quasi eine neue Maschine“ haben. Heuer: „Wir werden sie vorsichtig anlaufen lassen.“ 2008 war beim ersten Start eine schadhafte elektrische Verbindung zu heiß geworden. Große Folgeschäden hatten eine Reparatur von mehr als einem Jahr nötig gemacht. Heuer beobachtet, dass in der Öffentlichkeit großes Interesse daran ist, etwas zu den Antworten des Cern auf die großen Fragen zu erfahren: „Woher kommen wir? Wie hat das alles angefangen?“ Heuer: „Unbewusst fragt sich das doch jeder.“
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Westlich des Genfer Sees liegt der 27 Kilometer lange unterirdische Tunnel des Teilchenbeschleunigers LHC (gelber Kreis). In diesem Tunnel werden Elementarteilchen auf 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt – in zwei gegenläufigen Rohren. An vier Stellen können die Strahlen gekreuzt werden: dort stehen die großen Detektoren CMS, ALICE, ATLAS und LHCb, um die Bruchstücke der Teilchenkollisionen zu registrieren.
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Um zu den vier Detektoren des LHC (hier als dunkelblauer Kreis) zu gelangen, muss man bis zu 150 Meter in die Erde fahren.
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Christoph Rembser hat den Schlüssel zum Beschleunigertunnel im Untergrund. Seit 1997 arbeitet der Physiker beim Cern.
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Wegen der starken Magnete, die die Teilchenstrahlen auf eine Kreisbahn zwingen, ist es im Beschleunigertunnel nicht ungefährlich. Menschen mit metallischen Implantaten dürfen sich dort nicht aufhalten. Und während des Betriebs ist der Tunnel für alle Mitarbeiter gesperrt.
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In einem Tunnel von 27 Kilometer länge kann auch ein Fahrrad nicht schaden.
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Der Beschleunigertunnel ist nicht kreisrund, sondern besteht aus vielen geraden Strecken, an deren Ende der Teilchenstrahl um eine Ecke gelenkt wird.
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Oliver Brüning erklärt die Umbauarbeiten am Strahlrohr. 1695 Verbindungen zwischen Magneten müssen geöffnet werden, 10.170 elektrische Verbindungen zwischen supraleitenden Magneten müssen überarbeitet werden, 19 Magnete werden komplett ausgetauscht und 612 neue Druckablassventile installiert.
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Endstation Alufolie. Hier ist nichts kaputt. Hier wurde einer der Spezialmagneten ausgebaut, der dafür sorgt, dass der Teilchenstrahl ab und zu aufgefrischt wird. Dann werden neue Teilchen, die in Vorbeschleunigern auf das richtige Tempo gebracht wurden, mit einem kräftigen Schub in den Strahl geschleust.
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In dem blau ummantelten Rohr ist viel Technik verborgen. Einen großen Teil macht die aufwendige Kühlung mit flüssigem Helium. Außerdem herrscht in den Rohren Vakuum.
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Selten zu sehen: die beiden dünnen Strahlrohre ohne Ummantelung. Hier rasen die Teilchenstrahlen auf entgegengesetzten Bahnen mit 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. In den großen Detektoren kreuzen sich ihre Bahnen so, dass sie kollidieren.
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Eine Querschnittsgrafik zeigt, was in den Rohren steckt: In gelb sind die beiden Teilchenstrahlen eingezeichnet – der eine fliegt im Uhrzeigersinn, der andere in Gegenrichtung. Sie sind mit supraleitenden Spulen ummantelt, die wiederum auf sehr niedrige Temperaturen gekühlt werden. Die äußeren Schichten sind Hitzeschilde.
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Daniel Dobos ist seit zehn Jahren beim Cern. Seine Karriere hat begonnen wie die vieler Wissenschaftler dort, ob jung oder alt: Sie kamen als Sommerstudenten und taten alles, nie wieder gehen zu müssen.
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Zylinderförmig umschließt der Detektor Atlas das Strahlrohr. Wenn dort Protonen auf Protonen prallen, betätigt er sich als Kamera und schießt 100-Millionen-Pixel-Bilder – 40 Millionen Stück in der Sekunde.
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Der Detektor Atlas ist 22 Meter hoch und 45 Meter lang. Er wiegt 7000 Tonnen.
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Die Grafik zeigt, wie im Innern des Atlas-Detektors die Spuren der Bruchstücke nach einer Teilchenkollision verfolgt werden.
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Präzisionsarbeit am Atlas-Detektor: durch das Loch wird das Strahlrohr geführt, in dem die Teilchen kollidieren.
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Jennifer Jentzsch ist Diplomphysikerin und arbeitet am Atlas-Experiment. Wenn die Messungen laufen, sagt sie, muss der Kontrollraum in Acht-Stunden-Schichten besetzt sein. Wichtige Aufgabe: der Detektor verändert sich mit der Zeit und der Temperatur. Es muss nachjustiert werden.
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Die gewaltigen Tore des Alice-Detektors sind geöffnet, drinnen wird gearbeitet. Die Detektoren leiden unter der Dauerbestrahlung während der Messzeit. In den Pausen muss repariert und ausgetauscht werden.
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Der Detektor Alice ist spezialisiert auf die Messung bei Kollisionen von Blei-Ionen. Wenn diese schweren Teilchen zusammenprallen, entsteht für kurze Zeit ein Quark-Gluon-Plasma, wie es kurz nach dem Urknall existiert haben muss.
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So sehen Ergebnisse einer Messung aus. In Blau sind die Umrisse des CMS-Detektors dargestellt. In Rot sind zwei Photonen eingezeichnet, die nach der Partikelkollision mit hoher Energie wegfliegen. Die gelben Linien zeigen die Wege anderer Teilchen.
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Das Cern Computer Center ist die Zentrale eines weltweiten Netzes, des Computing Grid. Jeder Wissenschaftler überall auf der Welt kann die Messergebnisse des Teilchenbeschleunigers LHC abrufen und auswerten.
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Helge Meinhard vom Cern Computer Center hat vor einiger Zeit ausgerechnet, dass die Daten, die dort gespeichert sind – auf DVDs gebrannt – einen zwanzig Kilometer hohen Turm ergäben. Inzwischen, sagt er, sind es bereits vierzig Kilometer.
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Im Rechnerraum des Cern Computer Center stehen keine Großrechner, sondern Tausende von Standard-PCs mit dem Betriebssystem Linux, eingebaut in Racks (Regale). Außerdem stehen hier Speichergeräte mit modernsten Bändern, die automatisch eingelegt werden, wenn jemand ihre Daten abruft.
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Andreas Wagner erklärt das Computing Grid des LHC: Es ist hierarchisch aufgebaut, damit weltweite Gleichheit möglich wird. Das Cern-Rechenzentrum ist das Herz, Tier-0 genannt. Von dort werden die gewaltigen Datenmengen an Rechenzentren der nächsten Stufe, Tier-1, verteilt. In Deutschland ist das in Karlsruhe. Von dort gehen die Daten weiter an weltweit verteilte Tier-2-Zentren. Es wird sichergestellt, dass jeder Datensatz mindestens zweimal gespeichert ist.
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Ein Monitor im Cern Computing Center zeigt das europäische Computing Grid und die aktuellen Aktivitäten in diesem Netz.
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Der „Globe“ des Forschungszentrums Cern ist ein Besucherzentrum.