Größte Maschine, kleinste Teilchen

Ein lautes Dröhnen tönt durch die unterirdische Anlage, gefolgt von einem Jaulen, dass durch die endlos wirkenden Röhren zieht: Die Geräuschkulisse im CERN, dem Europäischen Kernforschungszentrum, kann ohrenbetäubend sein. Die Wissenschaftler, die hier 100 Meter unter der Erde arbeiten, haben sich nicht weniger vorgenommen, als die Geheimnisse unseres Lebens zu lüften: Wie sah der Anfang des Universums aus? Wie ist unsere Erde entstanden und damit auch wir Menschen?

Die Forscher hoffen, einen Teil der Antworten auf diese Fragen in winzigen Teilchen zu finden: den Elementarteilchen. Diesen wollen sie mit dem Teilchenbeschleuniger LHC auf die Spur kommen. LHC steht für Large Hadron Collider, übersetzt etwa "Großer Atomkern-Beschleuniger" und ist für viele Wissenschaftler die komplizierteste Maschine, die je von Menschen gebaut wurde. Wahr ist, dass der LHC unfassbar groß und teuer ist. Vier Milliarden Euro verschlang sein Bau. Diesen Finanzierungsaufwand konnte oder wollte kein Land allein stemmen, insgesamt 26 Länder beteiligen sich an dem Projekt.

Spurensuche nach dem Crash

Der ringförmige Teilchenbeschleuniger LHC

Eine gewaltige Maschine auf der Spur kleinster Teilchen: Im ringförmigen LHC werden zwei Protonenstrahlen mit unvorstellbarer Geschwindigkeit aufeinander geschossen. Die Geschwindigkeit erreichen die Strahlen durch magnetische Felder, die im LHC mit Hilfe riesiger Magnete geschaffen werden. Die Strahlen beschleunigen bei ihrem Weg durch den Ring immer mehr. Sie sind dabei sehr stabil: Erst, wenn sie fast Lichtgeschwindigkeit erreicht haben, können sie bei einem Zusammenstoß zerfallen.

Bildlich gesprochen wirken die 26,7 Kilometer langen Röhren des Teilchenbeschleunigers wie eine Rennbahn, auf der die Protonen wie Autos aufeinander zurasen. Prallen die Protonen dann aufeinander, entstehen viele kleine Trümmer. Durch die Untersuchung der Überreste dieses "Autounfalls" erhoffen sich die Wissenschaftler Informationen darüber, wie der Urknall funktioniert haben könnte. Versteht man den Urknall als gewaltige Explosion von Energie, so wird mit dem LHC einfach gesagt versucht, ihn zu simulieren.

Weltumfassendes Forschungsnetzwerk

Bei den LHC-Experimenten entstehen gewaltigen Datenmengen.

Diese Experimente liefern gewaltige Datenmengen: Läuft der LHC, liefert er rund 5.000 Wissenschaftlern in weltweit 500 Forschungsinstituten Daten. Mehr als 10.000 Computer in 33 Ländern, darunter sogar private Rechner, werten diese Daten in dem Netzwerk "GRID" aus.

Doch die Forscher erhoffen sich durch die Arbeit mit dem LHC nicht nur Erkenntnisse über die Entstehung unseres Universums. Sie wollen auch mehr über Elementarteilchen erfahren, vor allem jene, die bislang nur in der Theorie existieren wie etwa die geheimnisvollen Higgs-Teilchen, von denen man vermutet, dass sie der Materie Masse verleihen.

Fehlstart nach einer guten Woche

Nach nur neun Tagen setzte ein Fehler im Kühlsystem den LHC außer Gefecht.

Eröffnet wurde der LHC am 10. September 2008 – um 10.28 Uhr MEZ umrundete der erste Strahl mit Atomkernen den Tunnel. Doch nur neun Tage später war die Experimentierphase schon wieder vorbei. Ein Fehler im Kühlsystem legte die Anlage lahm. Und dieses Kühlsystem muss einiges leisten: Im Inneren des LHC ist es mit minus 271,3 Grad Celsius noch etwas kälter als im Weltraum. Beim Zusammenstoß der Protonen wird es 100.000 Mal heißer als im Zentrum der Sonne.

Es dauerte ein gutes Jahr, bis die Anlage soweit repariert war, dass mit den Experimenten fortgefahren werden konnte. Am 23. November 2009 war es schließlich so weit: Die ersten Protonen prallten im LHC aufeinander. Seither haben die Nachweisgeräte fast eine Million Milliarden (1.000.000.000.000.000) solcher Kollisionen registriert. Für die CERN-Wissenschaftler ein großer Erfolg.

Die Angst vor Schwarzen Löchern

Doch nicht alle Menschen sind von den Experimenten so begeistert wie die CERN-Mitarbeiter. Gerade zu Beginn der Arbeit mit dem LHC wurde auch von anderen Forschern oft die Angst geäußert, dass bei den Experimenten schwarze Löcher entstehen könnten. Schwarze Löcher sind eigentlich ein Phänomen des Weltalls, wo sie erscheinen, wenn Riesensterne zusammenfallen. Diese "sterbenden Sterne" ziehen sich quasi ineinander. Der so entstehende Sternenrest hat eine unglaubliche Anziehungskraft, die wie ein Staubsauger sogar Licht verschluckt – daher der Name "Schwarzes Loch".

"Planet Wissen"

Faszination "Schwarzes Loch"

Schwarze Löcher sind faszinierend und unheimlich zugleich. Sie haben eine so hohe Anziehungskraft, dass sie alle Materie in ihrer Nähe verschlingen. Selbst Licht kann sich der enormen Gravitation nicht entziehen. [br/swr/wdr]

Könnten aber bei den Versuchen mit dem Teilchenbeschleuniger tatsächlich Schwarze Löcher entstehen? Die LHC-Forscher wiegeln ab: Auch wenn bei den Experimenten Schwarze Löcher auftauchen würden, seien diese nur mikroskopisch klein und würden sich sofort wieder auflösen. Nicht alle Experten beruhigt das. Ein deutscher Biochemiker klagte sogar vor dem Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte gegen die Versuche. Das Gericht hat seine Klage abgewiesen.

Physikalische Revolution oder Messfehler?

So laufen die Experimente weiter. Bislang haben die Forscher noch keine Antworten auf ihre Fragen gefunden, stattdessen tauchen immer neue Rätsel auf. So beobachteten die Wissenschaftler im September diesen Jahres bei ihren Versuchen Teilchen, die sich schneller als das Licht bewegten. Das ist laut Einsteins Relativitätstheorie aber nicht möglich. Nun muss geklärt werden, ob es sich um einen Messfehler handelt oder tatsächlich um eine physikalische Revolution.

So oder so sind die CERN-Forscher, die am LHC arbeiten, optimistisch, dass ihnen der Teilchenbeschleuniger irgend wann verrät, wie unser Universum entstanden ist. Kein Wunder also, dass sie ihn bewundernd ihre "Weltmaschine" nennen.