Mit dem Large Hadron Collider stößt die Naturwissenschaft zu Beginn des neuen Jahrtausends das Tor zu einer faszinierenden Welt der allerkleinsten Größenordnung und der höchsten Energieskalen auf. Tiefer als jemals zuvor dringen die Teilchenphysiker mit dem LHC in den Phänomenbereich des Mikrokosmos ein. Bis dato waren der Physik diese Areale lediglich in alternativen, zum Teil widersprüchlichen Theorien zugänglich. Der LHC soll nun auch experimentell den Zutritt verschaffen. Er wird zurzeit in Genf am CERN fertig gestellt – dem weltweit größten Labor für Teilchenphysik.
Lichtgeschwindigkeit im Kreis
Bei der Experimentiermaschine handelt es sich um einen Ringbeschleuniger, der auf Jahre hinaus der leistungsfähigste seiner Art sein wird. Mit dem LHC werden die CERN-Physiker voraussichtlich ab Jahreswechsel 2007/2008 Pakete von Protonen auf einer 27 km langen Kreisbahn auf annähernde Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und bei einer Energie von zwei mal sieben Tera-Elektronenvolt zur Kollision bringen. Der neue Teilchenbeschleuniger lässt Alchemisten-Träume wahr werden – wenn auch nur im Allerkleinsten: im Zusammenprall wird die Energie der Protonenstrahlen in neue Materie verwandelt. Tausende von Teilchen entstehen, die von Detektoren – riesigen Messapparaturen – aufgefangen werden.
Um alle Kollisionspunkte herum, insgesamt vier an der Zahl, haben die Physiker am CERN Detektoren installiert, die als eine Art Fotoapparat die entstandenen Teilchen, je nach deren Eigenschaften und Durchdringungsvermögen, in unterschiedlichen Detektorschichten vermessen und absorbieren. Gleichzeitig liefern sie unzählige Messdaten, die den Forschern Antworten auf eine Vielzahl von Fragen über den Aufbau der Welt im subatomaren Bereich liefern.
Die Detektoren sind experimentelle Messinstrumente von höchster Komplexität. Sie sind so etwas wie die Augen, mit denen die Physiker in die tiefsten Tiefen des Mikrokosmos blicken. Zwei der vier im Aufbau befindlichen Detektoren, ATLAS und CMS – Messapparaturen von der Größe eines fünfgeschossigen Wohnhauses, bestehend aus Milliarden von Schaltkreisen, Mikrochips und Supermagneten – widmen sich einem breiten Spektrum von grundsätzlichen physikalischen Fragestellungen. Im Zentrum der Forschungsarbeit steht, neben anderen, die Frage nach dem Ursprung der Masse der Elementarteilchen.
