Die größte Maschine der Welt
Text: Jörg Henning aus De:Bug 112


Unser Universum begann mit einem unsagbaren Zustand, der sich mit den bisher bekannten physikalischen Gesetzen nicht beschreiben lässt. Der Urknall ist also – noch – ein im Wortsinn unbeschreibliches Ereignis. Unser Erklärungshorizont beginnt erst einen Wimpernschlag nach dem Big Bang, womit der entscheidende Teil fehlt. Nach Jahrzehnten der Stagnation ist dieser Tage allerdings der nächste große Durchburch unseres physikalischen Weltbildes überfällig: Dunkle Materie, Higgs-Teilchen und die Supersymmetrie drängen zur Entscheidungsschlacht, und die Menschheit harrt ähnlich wie vor einem Jahrhundert auf einen ganz neuen Dreh in der Weltbetrachtung.

Das nächste Universum liegt sozusagen in der Luft, und die Erregung macht sich auch jenseits der Wissenschaftsgemeinde bemerkbar: So spitzt Regisseur Danny Boyle (“Trainspotting”, “A Life Less Ordinary”) in seinem neuen Film die Lage seriös spekulativ zu, indem er die Sonne erlöschen lässt. Aber die Wissenschaftler in “Sunshine” können diesen Vorgang einwandfrei erklären, sie wissen sogar, wie man unseren Stern wieder anknipst. Der wissenschaftliche Berater des Films, Dr. Brian Cox, repräsentiert denn auch den optimistischen Teil seiner Zunft, der in der fortgeschrittenen Krise der Teilchenphysik bereits die Lösungsansätze sieht. Obwohl oder gerade weil die Theorien zur Entstehung und Beschaffenheit unseres Universums an hässlichen Widersprüchen leiden und sich bislang experimentell nicht belegen lassen. Ähnlich mies sah es für die Physik zuletzt um 1900 aus, damals fehlten allerdings Theorien, um die Laborbefunde zu erklären – bis Albert Einstein diesen Job zu einem Großteil im Alleingang erledigte.

Einen Ausweg aus dem aktuellen Dilemma verspricht dagegen die größte Maschine, die je gebaut wurde, der “Large Hadron Collider” (LHC). Dieser Teilchenbeschleuniger des CERN in Genf soll ab 2008 die Bedingungen während des Urknalls simulieren und die Physik aus der Sackgasse holen. Vor diesem Hintergrund wird Brian Cox zum willkommenen Aushängeschild seiner Zunft: Der Physik-Posterboy mit Pop-Vergangenheit soll der Öffentlichkeit vermitteln, warum im CERN geballte Steuermilliarden für ein einziges Großexperiment mit ungewissem Ausgang ausgegeben werden. Jörg Henning hat sich für uns in Genf umgeschaut, wie das aussieht, mit dem Nerd-Popstar und der Erklärung des Universums.

Hintergrund: Was “Trainspotting” mit Teilchenbeschleunigern zu tun hat

Flughafen Genf, Mittwochmorgen, 10 Uhr. Treffpunkt für den Journalisten-Ausflug zum CERN mit Dr. Brian Cox, geschmeidig organisiert von den PR-Profis Freud Communications. Cox sieht so aus wie ein Student, einer mit Style wohlgemerkt. Jeans, Sneaker, T-Shirt, nichts an diesem Mann lässt vermuten, dass er ein Kernphysiker ist. Und wenn Cox redet, wähnt man sich in einem Pub in Manchester: “Was für ein großartiger Tag, er beginnt mit einem Mittagessen”, meint Brian, der offensichtlich ein wenig müde ist, zu viele Flugstunden in den vergangenen Wochen. Seit seinem Engagement als wissenschaftlicher Berater für Danny Boyles “Sunshine” hat Cox mehr Meilen gesammelt als in seinem bisherigen Leben und er hat sich offensichtlich an die Gegenwart von Journalisten gewöhnt. Er lacht viel, beantwortet selbst die dümmsten Fragen und weiß auf so gut wie alles eine einleuchtende, gut erklärte Antwort.

Was nicht daran liegt, dass Cox so schlau ist, sondern die Fragen vergleichsweise dumm. Lässt man sich auf Brian Cox und seine Sicht der Dinge ein, wird es schnell kompliziert, denn Wissenschaft ist kompliziert. Um die zu entwirren, muss man sich mit der Aufgabe wohl fühlen und eben auch mal komplizierte Denkansätze verfolgen. “Eines der Dinge, die man als Wissenschaftler mitbringen muss, ist, sich damit wohlzufühlen, dass man etwas nicht weiß”, sagt Brian. Wissenschaftler sind eben keine unverbesserlichen Schlaumeier, ganz im Gegenteil, sie sind kleine Jungs, die herauskriegen möchten, warum sie nicht vom Fahrrad fallen, wie Vögel fliegen und warum Wasser sich im Abfluss immer in der gleichen Richtung dreht.

We’re leaving together
But still it’s farewell
(…)
We’re leaving ground (leaving ground)
Will things ever be the same again?
It’s the final countdown.

(Europe – The Final Countdown)

Die Science-Lobby liebt Typen wie Brian, sie sind ideale Vorbilder für die Jugend und die braucht es mehr denn je, denn der Wissenschaft geht der Nachwuchs aus. Zu stark sind die herrschenden Assoziationen von grauhaarigen, schusseligen Labormäusen, die am Ende vom Militär ausgenutzt werden. Zu verlockend scheinen die Karrierechancen in modernen Disziplinen wie “einfach berühmt und reich werden”. Brian Cox ist dagegen die Blaupause der kalt denkenden Wissenschaftler in Danny Boyles “Sunshine”: Das Leben ist eine Summe von rationalen Entscheidungen, “Cook away the bullshit!” eine seiner Lieblings-Phrasen. Dabei ist er selbst der lebende Beweis dafür, dass es sich lohnt, im Leben manchmal die Richtung zu wechseln, und dass es einfach Spaß macht, sich dem Traum des Popmusikers hinzugeben. Mit 17 tourte er als Keyboarder der englischen Band “Dare” als Support für “Europe” auf Amerika-Tournee. Einige Jahre und zig Exzesse später erkennt Brian, dass Alkohol und melodiöser Stadion-Metal doch nicht die Erfüllung sind, Astronaut werden dagegen schon. Oder wenigstens Wissenschaftler, der die grundlegenden Menschheitsfragen beantwortet. Dazu sollte man wissen, dass die moderne Physik sich mit der Stringtheorie und super-symmetrischen Teilchen (Susy) selbst in eine Sackgasse manövriert hat: Ihre Weltformeln kranken an Widersprüchen und bedürfen dringend experimenteller Beweise. Die ab Herbst 2007 in CERN anlaufenden Experimente im ausgebauten Teilchenbeschleuniger (LHC) sind die letzte Chance einer ganzen Disziplin. Brian ist dabei zuversichtlich, dass mit dem LHC und den angeschlossenen Projekten ALICE, CMS und ATLAS gleich eine ganze Reihe von Wissenslücken geschlossen werden können. Er kann sich also erst mal auf sein Steak und den hervorragenden Schweizer Rotwein konzentrieren. Gut versorgt werden sie, die Herren Wissenschaftler.

Schokopudding und dunkle Materie
CERN-Pressesprecher James Gilles referiert unterdessen über die Erfindung des WWW in Genf und dass die IT-Entwicklung für wissenschaftliche Experimente eine der wichtigsten CERN-Aufgaben sei – Teilchenbeschleuniger produzieren nämlich Datenmengen auf Rekordniveau. Jüngstes Baby der CERN-Entwickler ist das “Grid”, das stark vereinfacht betrachtet ähnlich funktioniert wie die Suche nach außerirdischem Leben mit Hilfe von Internet-Nutzern, die freie Rechenkapazitäten zur Verfügung stellen (SETI). Das Grid könnte als “Supercomputer on Demand” jedenfalls ähnliche Auswirkungen auf die Computerwelt und unseren Alltag haben wie das WWW. Zum Dessert serviert man Espresso und eine Schokoladenkomposition mit Eiscreme, Brian lässt geduldig Fragen zu schwarzen Löchern und seiner Arbeit für Danny Boyle über sich ergehen. Dann fahren wir endlich zum CERN und Brian erklärt uns im menschenleeren Vortragskuppelbau, woran hier mit Milliarden an Steuergeldern geforscht wird. Grob gesagt geht es darum, die Stringtheorie und das Standardmodell zu beweisen oder zu entkräften. Dadurch könnte in den nächsten Jahren unser Wissen über die Welt und die allumfassende Frage, woher wir kommen, ordentlich vorangebracht werden: Die erklärbare Kraft und Materie in unserem Universum soll sich um knappe 25 Prozent auf glorreiche 27 Prozent erweitern. Das wäre eine Menge. Nachzuweisen ist, dass unser Universum zu 4 Prozent aus Materie nach herkömmlichen Verständnis, zu 23 Prozent aus kalter, dunkler Materie und zu massiven 73 Prozent aus dunkler Energie besteht. Die 4 Prozent atomarer Materie können wir erklären, dazu gehören wir ja selbst, über die anderen 96 Prozent gibt es nur Vermutungen und Spekulationen. Diese sind zwar weit gediehen, bedürfen aber dringend empirischer Beweise, um anerkannt zu werden.

Teilchenbeschleuniger = große Digicam
“Wir versuchen hier Temperaturen zu kreieren, die das Universum Millionstel-Sekunden nach dem Urknall hatte”, erklärt Brian Cox die “Zeitmaschine” Teilchenbeschleuniger: “Wir bauen hier sozusagen eine Digitalkamera, die pro Sekunde 40 Millionen Bilder vom Anfang des Universums schießt. Das Universum war nämlich nicht immer so kompliziert, wie es sich uns heute darstellt. Man kann das mit einer Schneeflocke vergleichen, sehr kompliziert und schön, aber erwärmt verwandelt sie sich in Wasser. Um eine Schneeflocke zu verstehen, muss man also verstehen, was Wasser ist, was wesentlich einfacher und simpler als eine Schneeflocke ist.” Brian erklärt weiter, woraus Materie zusammengesetzt ist, wie sie sich zueinander verhält und was mit dem Teilchendetektor ATLAS gesucht wird. Zuerst soll dieser endlich die Higgs-Teilchen nachweisen, das letzte der 17 Bausteine im Standardmodell des Atomaufbaus. Man bringt uns mit kleinen, alten CERN-Bussen zum oberirdisch sichtbaren Teil von ATLAS, der von außen wie eine ziemlich alte Lagerhalle aussieht. Daneben Kräne mit polnischen und russischen Herstellerangaben: “Am Anfang hatten viele Staaten, die am CERN mitforschen wollten, nicht die nötigen Mittel (Devisen), also schickten sie Arbeiter und Werkzeuge. Ganz CERN ist so erbaut worden.” Was man auch sieht: CERN ist eine lustige Ansammlung verschiedenster Architekturstile, einige echt sozialistische Bauperlen inklusive.

Schwarze Löcher erzeugen
Zurück zur Teilchenphysik und endlich auch in den Untergrund. Wir passieren eine James-Bond-Sicherheitsschleuse und stehen auf einer Aussichtsplattform, unter uns können wir in circa 100 m Tiefe einen ersten Blick auf ATLAS werfen. Über uns gigantische Kräne mit großer Tragkraft, alle Teile für das ATLAS-Projekt müssen von oben heruntergelassen und in der Höhle montiert werden. Wir fahren im Aufzug abwärts und betreten durch einen weiß getünchten Betontunnel die ATLAS-Halle. Überall wuseln Montagebauarbeiter, alle mit Klettergeschirr und Helmlampen bewaffnet, wir hören Russisch, Französisch, Englisch und Deutsch. Eng wirkt es hier unten, so gewaltig ist ATLAS. Brian erklärt, dass die St. Pauls Cathedral locker in die Höhle passen würde. Doch jede Ecke hier unten ist verplant. Wir klettern rund um den Detektor herum, über Kabelbäume in Aststärke hinweg, Treppe hoch, Leiter runter, nach mehreren Minuten erreichen wir riesige Tanks, die über ein Röhrensystem mit dem Detektor verbunden sind. “Gas”, erklärt Brian, “die Nuon-Detektoren sind sehr empfindlich, damit lassen sich kleinste Unregelmäßigkeiten im Verhalten von Partikeln messen.” Geschockt von den Dimensionen versuche ich Brian aus der Reserve zu locken: Könnt ihr im ATLAS-Projekt tatsächlich schwarze Löcher erzeugen? Wie hoch ist die Gefahr, die davon ausgeht? – “Das wäre ja eines der tollsten Dinge, die überhaupt passieren könnten. Wenn wir ein schwarzes Loch erzeugen würden, wäre das übrigens unendlich klein, würde also niemals eine solche Masse annehmen können, dass es andere Energie drumherum absorbieren könnte. Das Problem von schwarzen Löchern ist ja, dass sie erst eine gewisse Masse annehmen müssen, um größere Dinge verschwinden zu lassen. Unser schwarzes Loch, das wir hier herstellen könnten, würde nur verschwindend klein sein und trotzdem würde es unglaublich sein. Wenn wir es finden würden, hieße das doch, dass es mehr als die angenommenen Dimensionen gäbe, was unvorstellbar ist, aber dann wohl eine Tatsache.” Also, schwarze Löcher scheinen für CERN kein Problem zu sein, vielleicht aber Terroranschläge. Verglichen mit militärischen Anlagen sind die Sicherheitsvorschriften ja relativ lasch, ist das immer so? “Nein, momentan finden ja keine Tests statt, wir sind ja noch in der Bauphase, aber generell: Warum sollten wir das hier beschützen wie etwas Geheimes? Wir wollen ja, dass die Leute wissen, was wir hier machen. CERN finanziert sich aus Steuergeldern, Milliarden von Steuergeldern, um genau zu sein. Die Menschen haben ein Recht darauf zu erfahren, was mit ihrem Geld passiert.”

Kaputte Technik
Wir befinden uns hundert Meter unter der Erdoberfläche. Über uns 25 Meter Technologie, die den Kern des Beschleunigers umgeben. 27 Kilometer werden die Partikel auf einer Kreisbahn beschleunigt, bevor sie in den großen Kollidern zusammenprallen. Alles ist darauf angelegt, brutalen Belastungen standzuhalten, trotzdem sagt Brian: “All diese Dinge gehen andauernd kaputt.” Und wenn man sich klar macht, wie viele Teile hier verbaut werden, leuchtet das ein: “Bis wir einen Test machen, ist jedes Teil zig mal getestet worden und immer wieder finden wir irgendwo Fehler, aber es wird funktionieren”, führt Brian mit leuchtenden Augen aus: “Die alte Anlage war anfällig, wir hatten immer Schwankungen in den Messungen, zum Beispiel durch die Anziehungskraft des Mondes. Andere Störungen haben uns monatelang Rätsel aufgegeben, bis ein Techniker auf die Idee kam, den Fahrplan des TGV mit den Daten des Experiments zu vergleichen. Im neuen Beschleuniger werden die TGVs aber nicht mehr so eine Rolle spielen”, erklärt Cox lachend. Inzwischen geht es leiterauf, leiterab mitten in den Detektor, Brian zeigt uns die Kammer, in der die Teilchen kollidieren werden. Was wir jetzt noch auseinander gebaut sehen, wird später kein Mensch mehr betreten können: “Bei den Versuchen tritt Strahlung auf, mit fortlaufendem Betrieb wird es dann immer schwieriger und gefährlicher, sich hier unten aufzuhalten.” Doch bis zum Kern wird dann sowieso niemand mehr vordringen können. Wir stehen ganz oben auf dem Detektorgehäuse, auf der gegenüberliegenden Seite des Montagegrabens können wir die einzelnen Schichten aus Magneten, Leiterplatten, gasgefüllten Röhren und Sensoren aller Art sehen, ab und an mal ein Monteur dazwischen, der die Dimensionen des Apparates verdeutlicht. “Dieser Graben wird, wenn die Montage beendet ist, nicht mehr zu sehen sein, wie zwei gigantische Teile einer Steckdose werden wir die Anlage im letzten Schritt der Montage zusammenschieben.”

Supersymmetrie gesucht
Das Projekt ATLAS wirkt in diesen Tagen wie ein Ameisenhaufen, sehr genau gebriefte kleine Arbeitsameisen bringen an den unterschiedlichsten Stellen kleine Teilchen an, überwacht von den gestrengen Augen des Bauleiters Bernard Lebègues, einem permanent gut gelaunten Mittvierziger, der mit uns durch ATLAS klettert. An jeder Ecke gibt er Anweisungen, er scheint den Bauplan auswendig zu kennen, verständigt sich mit Bauarbeitern aller Hautfarben in einem höchst amüsanten Kauderwelsch, aber fast alle Sätze enden auf “Allez!”. Was hofft ihr eigentlich genau zu finden? “Wir wissen es nicht, es gibt Vermutungen, wir hegen den einen oder anderen Verdacht und es wäre natürlich wundervoll, wenn wir einige in den vergangenen Jahren populäre Theorien endlich untermauern könnten. Wenn wir das Higgs-Teilchen finden würden oder einen Nachweis für die Supersymmetrie, das wäre wundervoll, aber ganz ehrlich, wir wissen es nicht”, gibt Brian zu. Also Milliarden für einen ungewissen Ausgang? “Wir wissen sehr exakt, was wir wissen und können daraus Rückschlüsse daraus ziehen, was uns noch fehlt, aber genau voraussagen können wir es nicht.” Das klingt menschlich: Man muss eben auch in der Lage sein, Niederlagen einzugestehen, nur so lernt man für die Zukunft, fährt es mir durch den Kopf. Wir haben unseren Rundgang beendet, lovely Bernard verabschiedet uns mit seinem gewundenen Lächeln, wir kehren an die Erdoberfläche zurück. “Ich hätte euch gerne auch den Tunnel gezeigt, aber dort wird gearbeitet”, erklärt James Gilles.

Q-Balls knipsen die Sonne aus
In gerade mal zehn Minuten kehren wir per Taxi zum Genfer Flughafen zurück, es bleibt noch ein wenig Zeit und Brian kommt in der Lounge ins Philosophieren. Angestachelt von den Fragen zu seinem “Sunshine”-Job versucht er uns klarzumachen, dass es wenig Dinge gibt, die sich nicht wissenschaftlich lösen lassen, und dass wir eines Tages vielleicht tatsächlich Bomben auf die Sonne schmeißen müssten: “If you cook away the bullshit and ask yourself if you would do it, you probably would.” Kann sein, würde ich vielleicht machen, aber könnte so etwas wie in Sunshine tatsächlich passieren? Allgemeine Schätzungen sprechen doch von 5 Billionen Jahren Restbrennzeit der Sonne? “Gesetzt den Fall, es gäbe so etwas wie supersymmetrische Teilchen und diese würden sich im Kern der Sonne treffen, könnten sie die Sonne wie Krebs von innen zerfressen.” Brian nennt diesen Effekt “Q-Balls” und führt weiter aus, dass dies durchaus im Rahmen des Möglichen liege. Genau würden wir das aber bis jetzt noch nicht wissen können.

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Elektronische Lebensaspekte.

One Response

  1. Hanori

    War grad auf http://www.lhc-facts.ch und hab mir dort ein paar Bilder reingezogen. Wirklich echt krass diese Dimensionen. Welche Anstrengungen und nächtelanges durcharbeiten müssen dafür nötig gewesen sein?