Stephen Hawking (1942-2018) ist berühmt für seine Arbeit und seine Entdeckungen über den Ursprung und die Struktur des Universums, vom Urknall bis zu schwarzen Löchern. Er reduzierte das Universum auf einen Daumen. Aber als er nach dem Ursprung dieses allerersten Anfangs des Universums gefragt wurde, antwortete er etwas in der Art von: „Dann höre ich auf zu denken“.
So kann es einem auch ergehen, wenn man sich mit dem CERN befasst, dem grössten Forschungs- und Experimentierzentrum der Physik in Meyrin (Kanton Genf). Dieser Beitrag gibt eher praktische als technische Hinweise und basiert auf Informationen des CERN.
Die Schweiz ist bekannt für ihre hervorragenden Forschungsinstitute und Universitäten, und auch das CERN fühlt sich zu Hause in dieser Region!
CERN
Die Gründung des CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) geht auf die 1940er-Jahre zurück. Eine Reihe von Wissenschaftlern in Europa und Nordamerika identifizierte den Bedarf nach einem Spitzeninstitut für Physik in Europa.
Die erste Resolution zur Gründung eines Europäischen Rates für Kernforschung wurde im Dezember 1951 angenommen. Gegründet im Jahr 1954, liegt das CERN-Labor in Meyrin an der französisch-schweizerischen Grenze. Es war eines der ersten gemeinsamen Unternehmen Europas und hat heute 23 Mitgliedstaaten, viele assoziierte Mitgliedstaaten und weltweite Kooperationsvereinbarungen.
Die Zusammenarbeit zwischen Nationen, Universitäten und Wissenschaftlern war von Anfang an die treibende Kraft hinter der Forschung von CERN. Mehr als 17.500 Menschen aus der ganzen Welt arbeiten zusammen, um die Grenzen des Wissens zu erweitern.
Die Mitarbeiter von CERN, etwa 2500 an der Zahl, nehmen am Entwurf, Bau und Betrieb der Infrastruktur für Forschung und Experimente teil. Sie tragen auch bei zur Vorbereitung und Durchführung der Experimente sowie zur Analyse der gesammelten Daten für die grosse weltweite Gemeinschaft der Nutzer, die aus mehr als 12.200 Wissenschaftlern aus 110 Nationen von Instituten in mehr als 70 Ländern besteht.
Forschung
Die Forschung von CERN hat das Verständnis des Universums transformiert, aber es bleiben noch viele grundlegende Geheimnisse bestehen. Die Physiker und Ingenieure verwenden die grössten und komplexesten wissenschaftlichen Instrumente der Welt, um die Grundbestandteile der Materie zu studieren – die fundamentalen Teilchen.
Die Instrumente, die bei CERN verwendet werden, sind speziell gebaute Teilchenbeschleuniger und Detektoren. Beschleuniger erhöhen die Energie der Teilchenstrahlen, bevor die Strahlen miteinander oder mit stationären Zielen kollidieren. Detektoren beobachten und registrieren die Ergebnisse dieser Kollisionen.
Subatomare Teilchen werden mit nahezu Lichtgeschwindigkeit miteinander kollidiert. Der Prozess gibt uns Hinweise darauf, wie die Teilchen miteinander interagieren und bietet Einblicke in die grundlegenden Naturgesetze. CERN untersucht somit die kleinsten Bausteine unseres Universums.
Alle sichtbare Materie im Universum besteht aus einer kleinen Anzahl von Teilchen, deren Verhalten durch verschiedene Kräfte bestimmt wird. CERN hat eine wesentliche Rolle beim Zusammentragen dieses Wissens gespielt.
Im Laufe der 1960er-Jahre wurden Theorien bezüglich zweier Kräfte entwickelt – die schwache Kraft und die elektromagnetische Kraft. In den 1980er-Jahren brachte die Entdeckung der W- und Z-Teilchen – Träger der schwachen Kraft – die Bestätigung der Theorie. CERN-Forscher teilten sich 1984 den Nobelpreis für Physik für diese Entdeckung.
LHC (Large Hadron Collider)
Während der 1990er-Jahre testeten CERN-Experimente die sogenannte elektroschwache Theorie mit extremer Präzision, wodurch die Ergebnisse dieser Experimente zuverlässig sind.
Im Jahr 2010 begann der Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider) in dem 27 Kilometer langen Tunnel, Teilchenkollisionen in einem neuen hochenergetischen Bereich zu liefern, wobei die Bedingungen einen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall reproduziert wurden.
Der LHC ist eine Konstruktion, die in einem Tunnel tief in der Erde in Frankreich und der Schweiz verläuft. Dieser 27 Kilometer lange Tunnel wird im Jahr 2040 ersetzt. Der neue Tunnel wird möglicherweise der sogenannte Future Circular Collider mit einer Länge von 91 Kilometern sein, in Frankreich und der Schweiz und unter dem Genfer See verlaufend. Derzeit finden Machbarkeitsstudien statt. Die teilnehmenden Länder werden im Jahr 2026 entscheiden.
Der LHC führte zur Entdeckung des Higgs-Teilchens (higgs-boson)– lange gesucht als das Teilchen, das mit dem Mechanismus verbunden ist, der den elementaren Teilchen Masse verleiht.
Das Labor
Neben dem LHC von CERN hat das Labor ein reichhaltiges und vielfältiges wissenschaftliches Programm. Experimente an anderen Beschleunigern und Einrichtungen, sowohl vor Ort als auch anderswo, sind ein wichtiger Bestandteil der Aktivitäten des Labors.
Obwohl die Grundlagenforschung die primäre Mission von CERN ist, spielt die Institution auch eine führende Rolle bei der Entwicklung neuer Technologien, der Zusammenführung von Nationen, Universitäten, Wissenschaftlern und Unternehmen sowie der Ausbildung und Schulung von Experten.
CERN ist auch ein wichtiges Labor für die Industrie – einschliesslich grosser Unternehmen, KMUs oder Start-ups. Zudem pflegt CERN die Zusammenarbeit mit anderen Interessengruppen wie politischen Entscheidungsträgern, Mitgliedstaaten und assoziierten Mitgliedstaaten.
Industrie, Anwendungen, Zusammenarbeit und Erfindungen
Die bekannteste CERN-Technologie ist das World Wide Web (WWW), erfunden von Tim Berners-Lee im Jahr 1989, um einer immer grösser werdenden Anzahl von Wissenschaftlern bei CERN den Austausch von Informationen zu ermöglichen.
Ebenso revolutionär ist das Grid, das die Rechenleistung von Computern auf der ganzen Welt nutzt. Es wurde bei CERN entwickelt, um die enormen Datenmengen zu verarbeiten, die durch die LHC-Experimente gesammelt werden.
Die erstaunlichsten am CERN gemachten Entdeckungen und Erfindungen sind: das Higgs-Teilchen, das W-Teilchen, das Z-Teilchen, das World Wide Web und die Antimaterie.
Die grundlegenden Instrumente von CERN – Teilchenbeschleuniger und Detektoren – finden auch Anwendung im täglichen Leben. Erfunden als Forschungsinstrumente, funktionieren heute Tausende von Teilchenbeschleunigern in Anwendungen, die von medizinischer Diagnose und Therapie bis zur Herstellung von Computerchips reichen.
Schlussfolgerung
CERN ist der Prototyp für weltweite wissenschaftliche Zusammenarbeit, die selbst während des Kalten Krieges funktionierte, und hat Organisationen hervorgebracht, deren Aufgaben von Astronomie bis Biologie reichen.
Die neueste Organisation, die in die Fussstapfen von CERN tritt, ist SESAME, ein Labor für den Nahen Osten in Jordanien. Israel und die Palästinensische Autonomiebehörde gehören zu den Gründern von SESAME.
Es ist also möglich, dass nicht nur Kunst, sondern auch Wissenschaft über Grenzen, Sprachbarrieren, Herkunft, Politik, Religion und Nationalität hinweg verbindet!
(Quelle und weitere Informationen: CERN)
Korrektorin: Eva Maria Fahrni
