Kommt jetzt der Giganto-Teilchenbeschleuniger?

Von Markus Brauer/dpa

Der stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt im schweizerisch-französischen Grenzgebiet könnte möglicherweise von einer wesentlich größeren Anlage abgelöst werden.

Future Circular Collider (FCC)

In einer Machbarkeitsstudie schlägt ein internationales Team von Fachleuten einen Ersatz für den aktuell 27 Kilometer langen Ring der Europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) vor: Dieser Beschleuniger hätte einen 91 Kilometer langen Tunnel in etwa 200 Metern Tiefe.

In diesem Future Circular Collider (FCC), für den in einer ersten Ausbaustufe rund 16 Milliarden Euro veranschlagt werden, würden ab den 2040er Jahren Elektronen und Positronen auf Kollisionskurs gebracht. Der FCC wäre wesentlich leistungsfähiger als der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) am Cern, mit dem etwa das Higgs-Teilchen entdeckt wurde. Später könnte ein Protonen-Beschleuniger folgen, heißt es in dem Bericht zur Machbarkeit eines solchen Projekts.

Aktuelle Anlage braucht Nachfolger

Mit dem LHC und einem etwaigen Nachfolgeprojekt wollen Physiker elementare Fragen zur Entstehung des Universums klären. Zur Machbarkeitsstudie haben im Auftrag des Cern und seiner internationalen Partner Hunderte von Wissenschaftlern in jahrelanger Arbeit beigetragen. Für das Projekt seien etwa 100 Szenarien entwickelt und analysiert worden, hieß es.

Nun sollen unabhängige Gremien den Bericht prüfen, bevor der Rat des Cern sich voraussichtlich im kommenden November damit beschäftigen wird. Eine endgültige Entscheidung darüber, ob die Anlage wirklich gebaut wird, dürfte um das Jahr 2028 fallen.

Dem Ursprung des Universums auf der Spur

Die Europäische Organisation für Kernforschung will dem Ursprung des Universums auf die Spur kommen. Am 29. September 2024 feierte sie 70. Geburtstag. An diesem Tag im Jahr 1954 ging für Physiker in aller Welt mit der Inbetriebnahme des ersten Teilchenbeschleunigers am Cern ein Traum in Erfüllung. Der Staatsvertrag für das Europäische Kernforschungszentrum trat in Kraft.

Europäische Physik-Kollaboration

Der Name Cern ist die Abkürzung des französischen Namens der Organisation: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Europäischer Rat zur Nuklearforschung). Die Organisation will als europäische Physik-Kollaboration fundamentale Fragen der Physik zur Natur von Materie und Energie ergründen.

Mittlerweile sind 24 Staaten beteiligt, darunter Deutschland, das mit Abstand der größte Geldgeber ist. Das Jahresbudget der Forschungsstätte belief sich 2023 auf rund 1,23 Milliarden Schweizer Franken (1,27 Milliarden Euro).

Inszenierung des Urknalls

Am Cern wird erforscht, was in den ersten Sekunden nach dem Big Bang, der Geburtsstunde des Universums, geschah. Ob es noch kleinere Teilchen als Quarks gibt und was es mit der Antimaterie auf sich hat. Um den Zustand unmittelbar nach dem Urknall zu simulieren, hat das Cern den Teilchenbeschleuniger LHC gebaut.

Rund vier Jahrzehnte ist es her, da tauchte erstmals die Idee des Large Hadron Collider auf. Die damaligen Beschleuniger stießen an ihre Grenzen. 1985 begannen Schweizer Ingenieure mit dem Bau des Tunnels, den sie drei Jahre später fertigstellten. Danach ging der Large Electron Positron Collider (LEP) an den Start, der 2000 abgeschaltet wurde.

Größte Maschine der Menschheit

Bis zu 150 Meter tief, im Grenzgebiet zwischen der Schweiz und Frankreich, erstreckt sich der kreisrunde LHC-Tunnel vom Genfer See bis zum französischen Jura. Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt war 2015 nach einer Generalüberholung und Modernisierung wieder in Betrieb gegangen.

In einem 27 Kilometer langen, ringförmigen Tunnel 100 Meter unter der Erde im schweizerisch-französischen Grenzgebiet werden Protonen oder Ionen mit hoher Energie zur Kollision gebracht.

Bei Zusammenstößen entstehen Regen von Folgeteilchen. Physiker analysieren sie mit vier Detektoren von der Größe mehrstöckiger Häuser. Die Zahl der auswertbaren „Unfallbilder“ wurde mit dem modernisierten LHC von 20 Millionen auf 40 Millionen gesteigert – pro Sekunde.