Microcosm: Die Geschichte des CERN

Echte CERN-Physikerinnen und Physiker geben im CERN-Museum microcosm auf lebensgroßen Bildschirmen Auskunft über ihre Arbeit – und zwar in mehreren Sprachen. Bild: CERN

Mit seinen mehr als 8000 Wissenschaftlern aus über 85 Nationen ist das CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) eines der größten Zentren für physikalische Grundlagenforschung. Die Organisation sucht mit den weltweit größten und komplexesten Geräten nach Antworten auf solche Fragen wie dem Aufbau der Materie, oder der Wechselwirkung zwischen den Elementarteilchen. Um einen Einblick über das Zentrum zu erhalten hat CERN für seine zahlreichen Besucher ein Museum errichtet – das Microcosm.

Seit einem Umbau im Jahr 2015 nimmt das Microcosm-Museum seine Besucher mit auf eine außergewöhnliche Reise durch die wichtigsten Labore am CERN. Auf über 500m² lässt sich entdeckten was sich hinter dem leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) verbirgt und welche Aufgaben die verschiedensten Forscher haben, die am Bau und im Betrieb eingebunden sind. Interaktive Bildschirme, auf denen Besucher auswählen können, in welcher Sprache sie sich das CERN erklären lassen wollen, zeigen Physikerinnen und Physiker in Lebensgröße. Auf der Reise durch das Microcosm trifft man immer wieder auf solche Bildschirme und auf Geschichten der Physiker, die mit voller Leidenschaft am LHC arbeiten und forschen. So auch Jennifer Jentzsch, Christoph Rembser und Verena Kain:



Das Arbeiten am LHC verbindet – Forscher erhoffen sich mit seiner Hilfe bestehende Hypothesen zu überprüfen und neue Geheimnisse zu ergründen. Der LHC ist ein 27 Kilometer langer Ringbeschleuniger am Forschungszentrum CERN in Genf. Er liegt im Grenzgebiet der Schweiz und Frankreich in über 100 Meter Tiefe. Am CERN wird jedoch nicht nur geforscht, sondern auch gelebt:



Damit der LHC unser bisheriges Wissen über die Welt erweitern kann muss es in seinem Inneren, an einem der vier Detektoren (ATLAS, CMS, LHcb und ALICE), zu Kollisionen zweier Strahlen aus Teilchen (Protonen oder Ionen) kommen. Diese Kollisionen entstehen, wenn zwei Teilchenstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in einem der vier Detektoren aufeinander treffen. Um diese Kollision erreichen zu können muss zunächst ein Teilchenstrahl erzeugt und in die Bahn des LHCs gelenkt werden. Jennifer Jentzsch erklärt:



Im Linearbeschleuniger werden die Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, um dann im ersten Ringbeschleuniger in ihre endgültige Laufbahnrichtung gebracht zu werden. Zur weiteren Beschleunigung im LHC verwenden die Forscher elektrische Felder, die lediglich an einer einzigen Stelle im Tunnel auf die Teilchenstrahlen einwirken. Des Weiteren gibt es noch die sogenannten Dipolmagneten, die dafür sorgen, dass die Teilchen auf ihrer Kreisbahn bleiben und somit immer wieder an der Beschleunigerstrecke vorbeikommen. Damit die Teilchen allerdings in ihrer Laufbahn bleiben benötigt es die Supraleiter. Supraleitende Magnete haben im inneren eine dauerhafte Temperatur von -271°C – im LHC gibt es rund 1200 Stück.

Die Detektoren sind mindestens ebenso komplex wie die Beschleuniger. ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) ist neben CMS (Compact Muon Solenoid) einer der beiden Universaldetektoren. Mit einer Länge von 46 Metern und 25 Meter Durchmesser ist ATLAS der größte Teilchendetektor, der jemals an einem Beschleuniger gebaut wurde.



Mehr als 3.200 Wissenschaftler aus 38 Ländern arbeiten am ATLAS-Experiment. Das Hauptmerkmal vom ATLAS liegt in dem ringförmigen Magnetsystem, das aus supraleitenden Magnetspulen besteht. Um mit ATLAS nach neuen Teilchen wie dem Higgs-Boson, supersymmetrischen Teilchen und nach Extra-Dimensionen suchen zu können gleicht ATLAS einer Art Digitalkamera, die 40 Millionen Mal pro Sekunde ausgelesen wird.



ATLAS, CMS, LHCb (Large-Hadron-Collider-beauty) und ALICE (A Large Ion Collider Experiment) verfügen alle über Teilchenkameras, die um den Wechselwirkungspunkt liegen, jedoch mit kleinen Unterschieden: