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Erfolg ist Teamsache - hinter den Kulissen des Cern

Kommunikationszentrale: Die Terrasse vor Restaurant Nr. 1
Kommunikationszentrale: Die Terrasse vor Restaurant Nr. 1
© Saße

60 Nationen, rund 8300 Wissenschaftler -- am Teilchenforschungsinstitut CERN in der Schweiz arbeiten Menschen aus aller Welt seit mehr als 50 Jahren friedlich zusammen. Um die kleinsten und die größten Dinge des Universums verstehen zu lernen.

Von Dörte Saße

Stimmengewirr und Vogelgezwitscher, im Hintergrund Blätterrauschen. Die Sonne zeichnet Muster auf Plastikstühle, hie und da klingelt ein Handy. Englische Sprachfetzen, französische, deutsche. Chinesische, russische, wieder englische. Neben lebhaft gestikulierenden Studentengruppen brüten Einzelne überm Laptop, Kinder schlürfen ihre Cola, Alt fachsimpelt mit Jung. Jeans und T-Shirt sind Standard hier, hin und wieder ein Anzug, ein buntes indisches Gewand oder gar High Heels mit rosa Täschchen. In der Ferne ist bei gutem Wetter der Montblanc zu sehen. Es ist entspannt, fast gemütlich auf der Terrasse vorm Restaurant Nr. 1. Morgens ein Café, mittags Werkskantine und dann bis Mitternacht ein Biergarten.

Und immer historischer Boden: Auf der berühmten CERN-Terrasse speisten und speisen Nobelpreisträger. Hier wurde das World Wide Web ersonnen. Grundlagenforschung bedeutet meist, unerklärliche Phänomene mit noch nicht vorhandenen Techniken zu erforschen. Erst suchen die Theoretiker nach Erklärungen, dann entwerfen die Praktiker Experimentatoren, um sie zu bestätigen.

Dazu ist viel Denken und viel Diskutieren vonnöten, eher selten der Elfenbeinturm: "Die typischen Durchbrüche kommen auf der Terrasse beim Kaffee", hat Eva-Lotte Quattuor schon gelernt. Die 23jährige Wuppertalerin taucht als Sommerstudentin in den Forscheralltag ein. Wie nebenbei begegnet sie dabei auch den Koryphäen. Die gesamte Atmosphäre regt die Gedanken an, sagt sie: "Und wenn man dann beim Kaffee abschaltet, macht's Klick!"

Die Terrasse spiegelt quasi die Gründungsziele des CERN: Erfolg, Qualität, Kommunikation, Lehre. Schon kurz nach dem Zweiten Weltkrieg entwarfen führende Wissenschaftler in Europa den Plan für ein großes, unabhängiges Forschungszentrum. Niels Bohr, Werner Heisenberg, Louis de Broglie. Es sollte Europas Forschung wieder aufs frühere Weltniveau führen und dafür erstklassige Einrichtungen bereitstellen. Die Wissenschaft sollte dort ehemalige Kriegsfeinde wieder friedlich zusammenbringen. Und unabhängig von Militär und Verdienstzwängen sollte die Grundlagenforschung Raum bekommen. Und Geheimhaltung zählt nicht, alle Ergebnisse sind zu veröffentlichen.

Friedliche Feinde untereinander

1954 ratifizierten zwölf Staaten das Gründungsdokument -- zwei Jahre vor den Römischen Verträgen der EWG. CERN stand ursprünglich für "Europäischer Rat für Kernforschung", ist aber heute das europäische Zentrum für Teilchenphysik und die größte Forschungsstätte der Welt. "Das war das erste Denken einer europäischen Gemeinschaft, und man nutzte die Wissenschaft als universelle Sprache", erklärt Generaldirektor Robert Aymar: "Heute versuchen wir, das gleiche Ziel auf den Rest der Welt anzuwenden."

Schon während des Kalten Kriegs arbeiteten hier Russen neben Amerikanern, heute nutzen mehr als 8300 Physiker aus aller Welt die Geräte. Alle sind willkommen, betont Aymar, "und wenn wir Forscher aus Saudi-Arabien haben, tun wir sie mit Israelis zusammen, damit sie feststellen, dass sie dasselbe Denken haben, dieselbe Art, das Leben zu sehen". Alle fachsimpeln über scheinbar überflüssige, sündhaft teure Grundlagenforschung. Diskutieren winzige Teilchen und das ganze Universum. Wollen herausfinden, was die Welt im Innersten zusammenhält. Was Sekundenbruchteile nach dem Urknall geschah. Und warum hat Materie eine Masse?

Angewandte Forschung steht nicht im Programm, dafür sind Andere zuständig. Was aber nicht verhindert, gar nicht verhindern soll, stellt Aymar schnell klar, dass immer wieder Ideen von hier ihren praktischen Nutzen finden. Technologietransfer ist auch ein erklärtes Ziel, und vor allem Industrie und Medizin profitieren, wenn in der Schweiz die Forscher winzige Teilchen aufeinander schlagen lassen: Schließlich sind für die Forschung an vorderster Front oft völlig neue Techniken und Materialien nötig, meint der Generaldirektor: "Die können wir nicht im Laden kaufen, wir müssen sie selbst entwickeln. Und es ist ein Muss, das zum Nutzen der Gesellschaft weiterzugeben". Hätte das CERN Lizenzgebühren für das WWW verlangt, es wäre längst nicht mehr auf Gelder seiner Mitgliedsstaaten angewiesen. Immerhin 600 Millionen Euro pro Jahr.

Der Ring

In den letzten Jahren sind diese Gelder vor allem tief unter die Erde gewandert. Nicht weit entfernt von der Terrasse und hundert Meter tiefer laufen die Arbeiten fast rund um die Uhr. Ein Tunnel von 27 Kilometern Umfang zieht einen riesigen Kreis durch das Gestein. So groß, dass die Techniker zum Fahrrad greifen, um voranzukommen. Herzstück des Tunnels ist ein dickes blaues Rohr mit eckigen roten Abschnitten: der LHC, der Large Hadron Collider, in dem irre kleine, irre schnelle Elementarteilchen auf Kollisionskurs gebracht werden. Künftig der größte Kollisionsbeschleuniger aller Zeiten, er soll er den Blick ins Universum weiten. "Er ist quasi auch das größte Kühlhaus der Welt", sagt Jörg Wenniger vom Kontrollzentrum des Rings. Im dessen höchst kompliziertem Innenleben fließt später supraflüssiges Helium, um das Metall der Magnetspulen rund um zwei Röhren in der Mitte auf minus 271Grad Celsius herunterzukühlen. Erst dank der supraleitenden Magneten werden die starken Magnetfelder erst möglich, die die Teilchen einmal bei 99,99% der Lichtgeschwindigkeit auf der richtigen Spur halten sollen. Mit der Technik der 1980er Jahre hätte der Ring 120 Kilometer lang sein müssen.

An vier Stellen durchquert er Höhlen von der Größe des Kölner Doms. Dort stehen die Messgeräte, die die Kollisionen auswerten sollen, groß wie Ozeandampfer, die Mikroskope der Teilchenphysik. Je kleiner das Teilchen, desto größer der "Guckkasten".  In ihrer Mitte sollen die Atomkerne aufeinander schlagen und ihre Bruchstücke nach allen Seiten auseinanderspritzen. Doch bevor die Teilchen dort ankommen, bevor sie überhaupt im LHC kreisen können, müssen sie erstmal auf Tempo gebracht werden. Das passiert in einem System weiterer unterirdischer Rundtunnel, die die  Teilchen schon mal vorbeschleunigen -- denn der LHC, erklärt der Physiker Michael Hauschild, "ist wie ein Ferrari ohne Anlasser".

Also greift er auf seine Vorgänger zurück, auf einige der Beschleunigerringe, die am CERN halfen, Erfolgsgeschichte zu schreiben. Etwa das Protonensynchrotron (PS), das 1959 der weltweit leistungsstärkste Beschleuniger war, mit nur 628 Metern Umfang. Der Nobelpreisträger Niels Bohr taufte es mit einer Flasche Champagner. Oder das Super-Protonen-Synchrotron (SPS) von 1976, immerhin zehnmal so groß. Über die Jahre konstruierten und testeten die CERN-Forscher viele unterschiedliche Beschleuniger mit jedes Mal stärkeren Magneten für immer spektakulärere Kollisionen. Und jetzt helfen einige davon, die Teilchenpakete mit immer mehr Energie zu versehen, bis sie exakt auf den Sekundenbruchteil in den LHC eingespritzt und zwischen anderen Paketen ihre schnellen Bahnen ziehen werden. Um ganz neues Erkenntnisse in der Physik hervorzubringen.

Myth Busters und Nobelpreisträger

Das zieht sich wie eine rote Linie durch die Geschichte des CERN. Schon der erste kleine Versuchsbeschleuniger von 1957 konnte früh eine alte Theorie bestätigen: Er zeigte, dass ein Pion in ein Elektron und ein Neutrino zerfällt. Neuartige Detektoren zeigten 1973 die Existenz so genannter neutraler Ströme, so bahnbrechend, dass sie 1984 zu CERNs erstem Nobelpreis führten. Im selben Jahr hatten Carlo Rubbia und Simon Van der Meer mithilfe eines neuen, stärkeren Beschleunigers die "W"- und "Z"-Teilchen entdeckt, die Botenteilchen der so genannten schwachen Kraft, die damit bestätigt war. Spätestens damit hatte Europa seine führende Position in der Forschungslandschaft wieder und zog die hellsten Köpfe an, darunter auch weitere Nobelpreisträger. Den bislang zweiten CERN-eigenen Preis aus Stockholm erhielt 1992 Georges Charpak, der in den 1970ern einen revolutionären Detektor entwickelt hatte, die Vieldraht‑Proportionalkammer, heute weltweiter Standard der Teilchenphysik.

Und ähnlich soll es weiter gehen, tief unter der Erde: mit dem stärksten Beschleunigerring der Welt und völlig neu entwickelten Detektoren, die von Forschungsgruppen in der weiten Welt erdacht, konstruiert und herangeschafft wurden. In den vergangenen Monaten füllten sich die vier Höhlenkathedralen langsam und stetig mit den Technik-Monstern, dazwischen die Arbeiter wie Ameisen, die schraubten, schweißten und die Teile in Feinstarbeit zusammensetzten. Üblicher Ablauf: Erst testen, dann zusammenbauen, dann wieder testen. Wilde und doch geordnete Kabelstränge hingen noch vor einem dreiviertel Jahr überall herum, erste Lämpchen blinkten, glänzendes Metall in allen Farben. Inzwischen ist die Konstruktion vorbei. Alle Schraubvorgänge abgeschlossen, Umfeld aufgeräumt: Ist der LHC erst in Betrieb, darf kein Mensch mehr unter die Erde. Sicherheitshalber.

Sicherheit und Publikum

Denn mitten in den riesigen Detektoren werden die beiden Teilchenstrahlen aus dem Beschleunigerrohr kollidieren: Sie fliegen im Rohr in entgegengesetzte Richtungen und werden von Spezialmagnete an vier Stellen auf Kollisionskurs gelenkt. Nach dem gleichen Prinzip -- Teilchen im Magnetfeld lenken -- arbeitet jeder alte Röhrenfernseher zu Hause. Kleine Pannen  im Aufbau hatten den ursprünglich geplanten Start von November 2007 immer wieder verschieben lassen. Schließlich will man sichergehen, dass allen Eventualitäten vorgebeugt ist. Dazu gehörten immer wieder auch unerwartete Kleinigkeiten. So brachen beim ersten Testlauf der Spezialmagneten einige Halterungen, die sie am Boden hielten. "Sabotage durch die Konkurrenz", witzelten die Forscher. Die Magnete kommen schließlich vom FermiLab in den USA -- der Heimat des "Tevatrons", der noch, aber nicht mehr lange der weltgrößten Teilchenbeschleuniger ist. Aber Rückschläge gibt es an vorderster Forschungsfront immer. Und auch die Jahreszeiten verschoben die ersten Testläufe und damit den gesamten Zeitplan: Im Winter arbeitet der Beschleuniger nicht, weil die Stromkosten dann zu hoch sind. Denn Frankreich heizt dann, und vor allem mit Strom.

Dafür freute sich das allgemeine Publikum über die Verzögerung, bis wenige Monate vor Fertigstellung herrschte Hochbetrieb. "Solange der Ring noch nicht in Betrieb ist, darf man noch hinunter", erklärt Hauschild damals. Und so schleuste CERN eine Neugierigengruppe nach der anderen durch die Anlagen. Vorschriftsmäßig mit Schutzhelm. Ein paar Monate Wartezeit auf diese Touren war Usus. Trotzdem kamen manche immer wieder, konnten wie Stammgäste das langsame Wachsen mitverfolgen. Heute sind Besucher noch immer willkommen, denn auch über der Erde gibt es genug zu sehen. Geforscht wird auch in vielen anderen Labors und Bereichen. Schließlich besteht das CERN nicht nur aus dem Beschleunigerring. Wenngleich es in den vergangenen Jahren oft den Eindruck erweckte… 

Die großen Vier

ALICE und ATLAS heißen die Detektoren, CMS und LHCb. Jeder soll mit unterschiedlicher Technik andere Bruchstücke der Kollisionen erkennen, doch eins haben alle vier gemeinsam: Das Loch in Längsrichtung, durch das der LHC seine wertvolle Ladung schickt. Käme ein einzelnes Proton vorbei, hätte es soviel Energie wie ein Mücke im Anflug  -- ein Mikrojoule. Doch die Strahlen aus gebündelten und beschleunigten Protonenpakete, erklärt Hauschild, speichern jeder 350 Megajoule an Energie: "Als ob zweimal 120 Elefanten mit Tempo 40 auf dem Zehntel eines Nadelöhrs aufeinanderknallen".

Und hier kommt Albert Einstein ins Spiel. E=mc² oder "Materie lässt sich in Energie umwandeln und umgekehrt". Also sollen sich beim Zusammenprall die Elefanten bzw. Protonen nicht nur in ihre Einzelteile zerlegen, sondern aus der Energie des Moments sollen ganz neue Teilchen entstehen. Jene Teilchen, die die Welt zusammenhalten. Theoretisch müsste es sie geben, die dunkle Materie, die dunkle Energie oder auch das Higgs-Boson. Das würde manchen Effekt erklären, den man beobachten, aber nicht durch die bisherige Standardtheorie, den Überbau der bekannten Teilchen und Kräfte erklären kann. Jetzt muss man sie nur noch finden -- oder ganz neue Teilchen und Effekte, die vielleicht den Blick auf eine ganz neue Physik eröffnen würde.

Auf dem Prüfstand

"Am Ende des 19. Jahrhunderts war auch schon mal alles klar, man musste eigentlich nur noch den Äther nachweisen", sagt Peter Mättig von der Uni Wuppertal. "Dann kam Einstein mit der Relativitätstheorie". Also suchen ATLAS und CMS vor allem nach dem Higgs-Boson, dem einzigen Teilchen in der bisherigen Theorie, das noch nicht nachgewiesen ist. Mit ihm wäre das Standardmodell der Physik komplett. Oder muss es doch eingestampft werden und einem ganz neuen Platz machen?

Der LHCb-Detektor spürt nach dem Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie. Denn Einstein und die Symmetrie verlangen eigentlich: Zu jedem Materieteil, das aus Energie entsteht, muss auch ein Antimaterieteil existieren. Und treffen beide aufeinander, verschmelzen sie wieder, als Lichtblitz, zu Energie. Wir existieren aber aus Materie. Also muss es am Anfang ein winziges Ungleichgewicht gegeben haben.

Und da kommt ALICE ins Spiel, der vierte Detektor. Er ist für Mini-Urknalle zuständig. Einen Monat im Jahr sollen statt Protonenpaketen ganze Bleikerne aufeinanderknallen und die Situation Sekundenbruchteile nach dem Urknall simulieren. Alles verschmilzt zum winzigen Punkt aus Quark-Gluonen-Plasma, und wenn es nach zehn Millionstel Billiardstel (10-22) Sekunden etwas abgekühlt ist, müssten wie nach dem Big Bang viele bekannte -- und vielleicht unbekannte -- Teilchen entstanden sein. Theoretisch sollte die Antimaterie da noch zu finden sein.

Das einzige, was klar ist: Es wird eine Unmenge Informationen geben, wenn die Protonenstrahlen 40 Millionen Mal pro Sekunde kollidieren. Eine Milliarde Schnappschüsse pro Sekunde fallen zusammen in den vier Detektoren an, ohne dass klar ist, welche interessant sein könnten. Zu viel zum Auswerten. Doch intelligente Datenfilter lassen nur einen Bruchteil davon durch, rund 800 pro Sekunde. Das füllt immer noch eine CD pro Sekunde und zig Millionen davon im Jahr.

WWW und Science Fiction

Doch mit Unmengen an Daten hat man beim CERN gute Erfahrungen. Um sie übersichtlicher zu machen und besser mit Kollegen zu teilen, hat Tim-Berners Lee 1989 hier schließlich das World Wide Web erfunden. Das System, Seiten im schon länger vorhandenen Internet untereinander zu verknüpfen, damit der Leser schlicht von einer zur nächsten "surfen" kann. Für die LHC-Datenmengen steht schon die nächste Lösung ins Haus, das GRID. "Grid" wie "Versorgungsnetz". Man nehme 500 Rechenzentren rund um die Welt und schaffe ein Steuerungssystem, das ihre Speicher- und Rechenkapazität nahtlos nutzt, als stünden sie alle im eigenen Keller. Wie das Stromnetz, in das man sich auch nur einstöpseln muss, egal, woher die Energie kommt. Das Rechnernetz steht bereit, wenn der Tunnel seine ersten Daten freigeben wird.

Bei Nicht-Physikern ist das CERN vor allem bekannt geworden, weil es im Dan-Brown-Bestseller "Illuminati" eine zentrale Rolle spielt. Im Buch wurde mit dem LHC Antimaterie in produziert, um mit einem Gramm davon den Vatikan in die Luft zu sprengen. Tatsächlich entsteht am CERN Antimaterie, 1995 wurden hier die weltweit ersten Antiprotonen hergestellt -- aber in winzigen Mengen und am anderen Ende des Geländes, am "einzigen Entschleuniger der Welt", erklärt der Physiker Michael Doser. Doch ein Gramm Antiwasserstoff  zusammenzubekommen ist technisch unvorstellbar, sagt Doser: "Selbst wenn eine Millionen CERN-Labore seit dem Anfang des Universums vor 14 Milliarden Jahren unentwegt Antiwasserstoff produziert hätten, hätten sie das eine Gramm bis heute längst nicht zusammen."

Die "Illuminati" sollen ins Kino kommen, und vorigen Sommer waren auch die Filmemacher da und haben recherchiert. Dan Brown war wohl nie selbst auf dem Gelände, denn die von ihm beschriebenen Luxusgebäude sind einfach nicht zu finden. Jeder Pfennig geht hier in die Experimente, hört man immer wieder -- meist stehen hier typische 50er Jahre-Zweckbauten, beinah mit Schmuddelcharme. Und eins der Experimente, das in der Sonnenstrahlung nach Teilchen namens Axionen sucht, ist sogar komplett recycelt: Es besteht aus ausgemusterten und umfunktionierten Geräten. Eins der vielen kleinen Experimente, die manchmal im Schatten der LHC-Giganten oft unterzugehen drohen, die es aber auch geben muss, sagt Doser: "Wenn nicht ganz klar ist, wonach man sucht, weiß man nie, wo man es findet".

Auch alles andere im Buch ist Fiktion, der schnelle Superflieger, die Forscher in weißen Kitteln und der Luftkanal, in dem sie zum Spaß herumfliegen. Nur Frisbee spielenden Nobelpreisträgern könnte man tatsächlich begegnen. Wahrscheinlicher sitzen sie aber auf der Terrasse und unterhalten sich. Über das Higgs zum Beispiel, über das man schon alles weiß -- nur nicht, ob es existiert. Hermann Hesse, Nobelpreisträger für Literatur, meinte einmal: "Man muß das Unmögliche versuchen, um das Mögliche zu erreichen".

 

(in ähnlicher Form zuerst erschienen in "Stadtansichten": Das Magazin der Autostadt Wolfsburg)



 

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