LHC in Genf Alte Elementarteilchen neu entdeckt

Der Large Hadron Collider (LHC) ist ein 27 Kilometer langer Ringbeschleuniger am europäischen Kernforschungszentrum in Genf. Er verläuft bis zu 100 Meter tief im Untergrund des schweizerisch-französischen Grenzgebiets.

Der LHC ist für eine maximale Energie von 7 Teraelektronenvolt (TeV) pro Strahl ausgelegt, was eine Kollisionsenergie von 14 TeV ermöglicht. Derzeit läuft er aber nur mit 7 Tev, und das wird sich auch bis Ende 2011 nicht ändern.

Der Aufbau dauerte 14 Jahre und hat rund vier Milliarden Euro gekostet. Im September 2008 wurde der Beschleuniger erstmals gestartet, musste aber aufgrund eines Defekts im Kühlsystem wenige Tage darauf wieder abgeschaltet werden. Es folgte eine monatelange Reparatur, im November 2009 startete die Maschine erneut.

Am 30. November 2010 erreichte der Beschleuniger eine Energie von 1,18 Teraelektronenvolt und stellte damit den bisherigen Rekord des Tevatron in den USA ein. An den Experimenten sind mehr als 8.000 Gastwissenschaftler aus aller Welt beteiligt, etwa 1.000 davon aus Deutschland.

An dem Doppelringspeicher Doris wurden in den siebziger Jahren die Quarks erforscht, bis dahin nur mathematisch hergeleitete Elementarteilchen, aus denen sich die vielen Partikel des "Teilchenzoos" zusammensetzen. Die Röntgenstrahlenquelle Petra (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage) entdeckte das Gluon, ein "Klebeteilchen", das Kräfte zwischen Quarks übermittelt. Die Hadron-Elektron-Ring-Anlage Hera half, die komplizierte Struktur des Protons zu erkunden.

In internationaler Zusammenarbeit betreiben Desy-Wissenschaftler aus Zeuthen das Neutrinoteleskop Amanda am Südpol. Es registriert Neutrinos, die im Eis ihre Spur hinterlassen. Da Neutrinos nur selten mit anderen Teilchen reagieren, können sie durch die Erde hindurch fliegen. Sie liefern daher Informationen aus Bereichen des Universums, die sonst für Astronomen unzugänglich wären, etwa aus dem Inneren der Sonne oder von Sternenexplosionen.

Petra III, das 2009 in Betrieb genommene jüngste Spielzeug der Hamburger Forscher, dient vor allem der Forschung mit Synchrotronlicht. Die Teilchen im Beschleuniger strahlen es aus und machen die Röhren zu den hellsten Röntgenquellen, die es gibt.

Synchrotronlicht erlaubt tiefe Einblicke in den Nanokosmos. Das tun auch der mit supraleitenden Linearbeschleunigern ausgestattete Freie-Elektronen-Laser Flash und sein Kollege European XFEL, der 2014 in Betrieb geht. Sie sollen sogar Filmaufnahmen aus dem Nanokosmos erlauben.

Der Blick in die Welt der kleinsten Teilchen hilft, die Funktion von Biomolekülen zu verstehen oder Materialien auf atomarer Ebene erforschen – eine Voraussetzung für neue Medikamente und moderne Werkstoffe. 2009 bekam Ada Yonath den Chemie-Nobelpreis für ihre Erkenntnisse über die Funktion der Ribosomen, jene Bestandteile menschlicher Zellen, die die Informationen im Erbgut entschlüsseln. Sie hat 18 Jahre lang eine Max-Planck-Arbeitsgruppe am Desy geleitet.