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Gigantischer Teilchenbeschleuniger geplant Riesiger Ring beim CERN

Von Uwe Gradwohl

Physiker des CERN bei Genf planen einen neuen Teilchenbeschleuniger: ein 100 Kilometer langer, ringförmiger Tunnel. Der neue Beschleuniger soll hunderttausendmal leistungsfähiger sein als der Vorgänger.

Der künftige Beschleuniger wäre nicht nur gigantisch, sondern auch sehr kostspielig. 24 Milliarden Euro sind dafür veranschlagt und eine Bauzeit von knapp 20 Jahren. Dabei soll ein Teil des Beschleunigungsringes unter dem Genfer See verlaufen. Ob die Anlage wirklich gebaut wird, ist aber noch unklar.

Zur Zeit sucht Europa nach neuen Strategien in der Teilchenphysik. Am CERN, der Europäischen Organisation für Kernforschung, wurde mit dem aktuellen LHC bereits Erfolgsgeschichte geschrieben. Durch den bereits heute weltgrößten Teilchenbeschleuniger am CERN wurde 2012 das Higgs Boson - das Gottesteilchen - entdeckt. Daran wollen europäische Physiker anknüpfen. Doch ob der gigantische FCC in Bau geht, müssen die 22 Mitgliedsstaaten des CERN entscheiden, und das wird nicht vor 2020 passieren.

6:13 min | Mi, 16.1.2019 | 16:05 Uhr | SWR2 Impuls | SWR2

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Riesiger Ring: Neuer Teilchenbeschleuniger

Ralf Caspary, Uwe Gradwohl

Physiker des CERN bei Genf planen einen neuen Teilchenbeschleuniger: ein 100 Kilometer langer, ringförmiger Tunnel. Der Future-Circular Collider soll Ende der 30er Jahre fertig werden. Ralf Caspary im Gespräch mit Uwe Gradwohl, SWR-Wissenschaftsredaktion.

Weshalb werden immer neue Beschleuniger geplant?

Schon seit langem haben Physiker das Problem, dass sich die Physikgesetze, mit denen man das Verhalten von kleinsten Teilchen beschreiben kann, nicht mit den Gesetzen vertragen, mit denen die riesigen Phänomene im Weltall beschrieben werden. Zwischen Schwarzen Löchern und Quantenwelt fehlt die Brücke. Auf dem Papier hat man da ein paar Ideen. Aber welche Idee die richtige ist, kann man nur durch Experimente feststellen. Dafür will man den Beschleuniger bauen.

Warum sind diese Experimente so extrem kostspielig?

Teilchenphysik ist teuer. Für die Experimente braucht man diese extrem starken und große Beschleuniger.

Tunnel des Teilchenbeschleunigers

Tunnel des Teilchenbeschleunigers

Allein den Tunnel unter Genf zu bohren würde um die fünf Milliarden Euro kosten. Deshalb sind auch nur wenige Beschleunigermaschinen weltweit in Betrieb. Für deren Betrieb, der ebenfalls sehr teuer ist, braucht es internationale Partnerschaften. Derzeit herrscht jedoch erbitterte Konkurrenz darum, wer den neuen Super-Beschleuniger bauen wird.

Wer konkurriert denn um den neuen Superbeschleuniger?

Derzeit sind Japan, Europa und China im Rennen. Dabei gibt es durchaus Unterschiede in den Konzepten und Ideen. Grob gesagt gibt es zwei Arten von Beschleunigermaschinen:

  • Einmal Maschinen, die recht große Teilchen in Stücke hauen. Dabei werden aber auch viele Trümmer produziert, die gar nicht interessant sind und bei der Messung eher stören. Diese Maschinen sind dennoch gut, um neuen Teilchen zu entdecken. Da es einige unerklärte physikalische Phänomen gibt, würde man gerne neue Teilchen entdecken, um so neuen Physikgesetzen auf die Spur zu kommen.
  • Die zweite Variante sind Beschleuniger die kaum unnütze Trümmer produzieren. Da ist die Chance, neue Entdeckungen zu machen, geringer, weil sie weniger kräftige Zusammenstöße produzieren. Dafür können sie an anderen Maschinen gefundene Teilchen sehr präzise vermessen.

Am besten wäre es, wenn beide Konzepte kombiniert würden. Ein schmutziger grober Zertrümmerungs-Beschleuniger und ein etwas feinerer, zum exakten Vermessen interessanter Fundstücke.

Was bieten die Konkurrenten

Japans Konzept kann nur das Feinmessgerät anbieten. China dagegen möchte eine Feinmessmaschine bauen und dann auf grobe Zertrümmerung erweitern. Genau das will Europa auch mit dem geplanten Riesenbeschleuniger am CERN machen. Erst das Higgs Boson fein vermessen und in den letzten 2050er Jahren mit dem Zertrümmern beginnen, um neue Teilchen zu finden. Für die man dann noch später eine neue Feinmessmaschine braucht. 

Weitere Ansätze der Teilchenphysik

Die USA gehen einen ganz anderen Weg um neue Physik zu finden: Sie suchen nicht nach neuen Teilchen, sondern untersuchen Neutrinos ganz genau, um aus Abweichungen vom erwarteten Verhalten der Neutrinos die Physik des Kosmos weiter zu entschlüsseln.