Das CERN feiert sein 50. Jubiläum

Berühmte Personen

Das CERN feiert sein 50. Jubiläum

CERN ist die Abkürzung für den französischen Namen "Centre européen pour la recherche nucléaire" - "Europäisches Zentrum zur nuklearen Erforschung". Die Organisation verfügt über das größte Teilchenphysik- Forschungszentrum der Welt. 20 europäische sowie außereuropäische Länder sind beteiligt. Die Teilchenphysik zu erforschen ist unglaublich kostspielig. Ein Labor wie das CERN könnte sich kein Land alleine leisten. Deshalb haben sich viele Länder zusammengetan um gemeinsam physikalische Grundlagenforschung zu betreiben. Insgesamt arbeiten rund 7000 Wissenschafter aus 80 Ländern an CERN-Projekten.

Ein Wasserstoffkern besteht aus einem Proton, ein Heliumkern aus zwei Protonen und zwei Neutronen, ein Kohlenstoffkern aus sechs Protonen und sechs Neutronen

Was ist Teilchenforschung?

Die Forscher am CERN möchten herausfinden, wie das Universum und die Materie entstand und wie sich die kleinsten Teilchen verhalten.

Dazu erforschen sie die kleinst möglichen Teilchen, die kaum mehr vorstellbar sind. Sie befassen sich mit Elektronen und mit Protonen und Neutronen, den Kernbausteinen, aus denen ein Atom aufgebaut ist. Sie untersuchen die noch kleineren Teilchen, die Quarks. Sie bilden die Protonen und Neutronen. Quarks und Elektronen wiederum sind Urteilchen, aus denen sich alle Materie zusammensetzt.

Was sind Quarks?

Quarks kann man eigentlich nicht sehen, sondern nur durch aufwändige Versuche nachweisen. Dazu beschießt man Protonen mit sehr schnellen Elektronen. Die meisten Elektronen verändern dabei ihre Richtung. Einige werden dabei völlig aus der Bahn geworfen, so als würden sie mit winzigen Kügelchen innerhalb des Protons zusammenstoßen. Diese Kügelchen sind die gesuchten Quarks.

Die vier Naturkräfte

Die Wissenschaftler erforschen auch die vier Naturkräfte und ob es vielleicht noch eine fünfte Kraft gibt. Man geht davon aus, dass es nach dem Urknall zunächst nur eine Urkraft gab, die sich nach und nach in die vier bekannten Naturkräfte aufspaltete: in die starke Kraft, auch Farbkraft genannt, in die elektromagnetische Kraft, die schwache Kraft und die Gravitation oder Schwerkraft.

Die Antiteilchen

Und sie erforschen die Antiteilchen, die so genannte Antimaterie. Wie Antielektronen, auch Positronen genannt, die nicht wie die normalen Elektronen negativ sondern positiv geladen sind. Antiprotonen sind negativ geladen. Materie und Antimaterie vertragen sich nicht. Trifft zum Beispiel ein Elektron mit einem Antielektron zusammen, so vernichten sich die beiden gegenseitig und verwandeln sich in Energie. Auf der Erde können wir Antiteilchen immer nur für ganz kurze Zeit in physikalischen Labors erzeugen.

Der Aufbau der Materie: Atome bestehen aus Elektronen und Kernen, Kerne aus Protonen und Neutronen, diese aus Quarks. Quarks kommen in der Natur nie einzeln vor, sondern bilden stets Zweier- oder Dreiergruppen.

Wie erforscht man die kleinsten Teilchen?

Dazu werden Strahlen aus sehr schnellen Teilchen, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und sehr viel Energie mit sich führen, benötigt. Mit diesen Teilchen "durchleuchtet" man sozusagen die größeren Materiebausteine. Zum Beispiel schießt man kleine Elektronen durch die viel größeren Protonen hindurch, um deren inneren Aufbau kennen zu lernen. Oder man lässt schnelle Elktronen oder Protonen auf andere Teilchen prallen oder hoch beschleunigte Materiebausteine frontal zusammenstoßen. Die so freigesetzte Energie kann dann zur Bildung, noch unbekannter Teilchen verwendet werden, da Energie ja in Materie umgewandelt werden kann. Dafür benötigt man so genannte Hochenergiebeschleuniger.

Im Speicherring stoßen Elektronen und Positronen zusammen und erzeugen neue Teilchen

Teilchenbeschleuniger

Teilchenbeschleuniger im CERN bringen durch riesige Magnete Protonen-, Neutronen- oder Elektronenstrahlen in einer luftleeren Röhre fast mit Lichtgeschwindigkeit in eine Umlaufbahn. Dann werden die Spuren beobachtet, welche der Zusammenprall dieser Objekte miteinander oder mit Zielobjekten hinterlässt. Die Beschleuniger können aber auch Teilchen herstellen. Denn Materie kann in Energie umgewandelt werden und umgekehrt. Und die Energie bestimmter Zusammenstöße ist so gewaltig, dass sie Materie oder Antimaterie erzeugen kann.

Der "Globe of Innovation", eine neue Ausstellungsfläche von CERN, wird am 19. Oktober 2004 eröffnet. Das Gebäude soll die "nachhaltige Entwicklung" symbolisieren.

Erfolge des CERN

Über die Jahre erhielten Physiker des CERN dreimal den Nobelpreis. Außerdem ist das CERN führend in der Entwicklung solcher Teilchen-Beschleuniger. Nutzen daraus zieht die Industrie, aber auch die Mediziner oder andere Forscher. So können dank der Forschung mit Teilchenbeschleunigern heute Krebstumore gezielter und schonender für den Patienten bestrahlt werden.

Zu den wichtigsten Errungenschaften zählt das WorldWideWeb, kurz www. Das war aber eigentlich eher ein "Nebenprodukt". 1990 war der Startschuss. Damals sollte es eine neue Art von Computernetzwerkprotokoll den Universitäten und Forschungseinrichtungen erleichtern, Dokumente und Dateien miteinander auszutauschen und zu verknüpfen. Das Internet sollte nicht nur einem kleinen Kreis von Militärs, Forschern oder Computerspezialisten vorbehalten bleiben. Heute ist es fast allen Menschen zugänglich.

Large Hadron Collider

Derzeit arbeiten die Forscher im CERN an der Fertigstellung eines unglaublich kostspieligen Projekts, des "Large Hadron Collider" (der "Hadron-Beschleuniger", kurz LHC) - des weltweit leistungsfähigsten Teilchen-Beschleunigers. Dieser LHC ist ein 30 Kilometer langer kreisförmiger Tunnel, der in einer Tiefe von hundert Metern rund um Genf gebaut wird. Ab 2007 oder 2008 sollen in ihm Protonen mit praktisch Lichtgeschwindigkeit zusammenstoßen. Damit diese so stark beschleunigen können, muss der Tunnel kreisförmig sein. Mit dieser riesigen Anlage soll herausgefunden werden, was beim Urknall passierte - denn so oder ähnlich soll sich dieser abgespielt haben.

Wer mehr über moderne Physik, über die kleinsten Teilchen und die riesigen Teilchenbeschleuniger wissen möchte, der wird im WAS IST WAS Band 79 "Moderne Physik" sicher fündig.

-ab-19.10.04 Text / Illustrationen Modelle: WAS IST WAS Band 79 "Moderne Physik";

Hinweis: Im Archiv wurden alle Bilder und Links entfernt