Von der Baugrube zum neuen Physik-Projekt

An der Universität Mainz entsteht ein neuartiger Teilchenbeschleuniger

Was jetzt noch Baustelle ist, wird bald ein High-Tech-Teilchenbeschleuniger. Bild: Institut für Kernphysik Mainz

Auf dem Campus der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) entsteht gerade ein neuer Teilchenbeschleuniger. Wenn er fertig ist, wird er gleich mehrere Aufgaben erfüllen: Er ist Teststrecke für eine neue Teilchenbeschleunigertechnologie, sucht nach dunkler Materie und nach dunklen Photonen und ermöglicht weiterhin Präzisions-Messungen in der Kern- und Hadronenphysik, die mit bisherigen Beschleunigern nicht machbar sind.

Das neue Vorzeigeprojekt der Mainzer Teilchenphysikerinnen und -physiker heißt MESA – für „Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator“ oder Mainzer supraleitender Energie-Rückgewinnungs-Beschleuniger – und ist Teil des Exzellenzclusters PRISMA+. In dem Exzellenzcluster, der vom Bund und vom Land Rheinland-Pfalz im Rahmen der Exzellenzstrategie gefördert wird, forschen internationale Arbeitsgruppen der Institute für Physik und Kernphysik, des Departments Chemie der JGU und des Helmholtz-Instituts Mainz. Die über 300 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Karrierestufen tragen mit ihrer Forschung dazu bei, wichtige Antworten auf grundlegende Fragen nach der Struktur der Materie und den fundamentalen Kräften im Universum zu geben.

MESA ist gleich in mehrfacher Hinsicht besonders. Die supraleitende Beschleunigertechnologie macht sich die Eigenschaft einiger Materialien zunutze, bei extrem niedrigen Temperaturen Strom ohne Widerstand zu leiten. Außerdem werden durch geschickte Rückführung und Abbremsung des Teilchenstrahls fast 95 Prozent der Energie, die zur Beschleunigung benötigt wurden, wieder zurückgewonnen und stehen dann für den nächsten Teilchenstrahl wieder zur Verfügung. MESA wird diese vielversprechende Technologie – sozusagen ein innovatives Energie-Recycling – erstmals für die teilchenphysikalische Grundlagenforschung einsetzen. Der Beschleuniger wird eine extrem hohe Luminosität erzeugen, die für Präzisionsmessungen immens wichtig ist, denn: Je mehr Statistik, desto besser sind auch kleine Abweichungen zu erkennen.

Der Präsident der JGU, Prof. Dr. Georg Krausch freut sich: "Insbesondere in der neuen Experimentierhalle können die Mainzer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den nächsten Jahren innovative Präzisionsmessungen durchführen, ihre Vorreiterrolle beim experimentellen Design für internationale Experimente ausbauen und zusammen mit neuartigen theoretischen Berechnungen ein tieferes Verständnis physikalischer Phänomene erlangen helfen."

Für MESA und die neuen, daran geplanten Experimente werden die bestehenden Experimentierhallen des Instituts für Kernphysik um eine weitere Halle mit rund 600 Quadratmetern erweitert; über den unterirdischen Forschungsanlagen wird außerdem ein großes Technikgebäude errichtet. Der Baubetrieb läuft trotz der Corona-Pandemie weiter. Unter anderem werden eine bereits existierende mit der nun entstehenden neuen Halle verbunden und über 5.000 Kubikmeter Spezialbeton für den strahlensicheren und erschütterungsfreien Forschungsbunker aus Stahlbeton verbaut. Der Bau soll 2022 fertig sein; die ersten Daten sollen 2023 folgen.