Das ist der Teilchenbeschleuniger der Zukunft

Es gibt wenig, was in der Welt der theoretischen Physik, aber auch in der Populärwissenschaft so kontrovers diskutiert wird wie der Bau von Teilchenbeschleunigern. So unterschiedliche Meinungen gibt es sonst nur bei der bemannten Raumfahrt. Dies liegt sicher daran, dass diese Projekte in jedem Fall Milliarden verschlingen und wenig praktischen Nutzen haben, aber auch an Horror-Märchen, Teilchenbeschleuniger könnten Schwarze Löcher erzeugen, die eine Gefahr für die Menschheit darstellen würden. Derzeit ist der LHC in Genf der größte Teilchenbeschleuniger der Welt. Mit ihm suchen wir nach verborgenden Teilchen, Strings, Schwarzen Löchern und Extradimensionen. Doch was kann er prinzipiell finden? Der LHC hat seine Grenzen. Außerdem wird die verbleibende Lebenszeit auf rund 20 Jahre geschätzt. Bis dahin soll aber schon längst ein neuer, noch größerer Teilchenbeschleuniger seinen Betrieb aufgenommen haben, wenn es nach den Physikern geht.

Size does matter!

Das Ziel eines Teilchenbeschleunigers ist es, Teilchen mit möglich hoher Energie kollidieren zu lassen. Denn je höher die Energie eines Beschleunigers ist, desto größer sein Auflösungsvermögen, also desto kleiner sind die Strukturen, die er erkennen kann. Der derzeit Leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger, der LHC im europäischen Kernforschungszentrum CERN kann derzeit in die Größenordnung von 10^-16 m vordringen, also 0,00000000000000001 Meter. Das ist etwas kleiner als Protonen, die geladenen Bestandteile der Atome. Wir versuchen, immer kleinerer und grundlegendere Bestandteile der Welt zu finden. Eine Möglichkeit dafür ist die sogenannten Stringtheorie. Sie geht davon aus, dass die elementaren Bestandteile keine punktförmigen Teilchen, sondern fadenförmige Strings sind. Die Größe dieser Strings würde sich in der Größenordnung von 10^-35 m abspielen. Um in diese Größenordnungen vorzudringen bräuchte man einen Teilchenbeschleuniger der so groß ist wie die Galaxis und in einer Sekunde so viel Energie verbrauchen würde wie die gesamte Menschheit bisher erzeugt hat.

Einen solchen Teilchenbeschleuniger werden wir niemals konstruieren können. Doch es gibt andere Möglichkeiten, mit denen künftige Beschleuniger die grundlegenden Bestandteile der Natur entdecken könnten, sollte es sich tatsächlich um Strings handeln.

Extradimensionen geben Hoffnung

Bisher hat man es nicht geschafft, die Gravitation auf Skalen von Millimetern zu messen. Denn wenn es Extradimensionen gibt, die sehr klein sind, dann müsste sich die Gravitation auf Skalen, die kleiner sind als die Dimensionen selbst ja auf mehr als nur drei Dimensionen verteilen. Damit müsste sie messbar schwächer sein. Mit zukünftigen Beschleunigern könnte diese Messung gelingen. Würde man auf kleinen Skalen eine schwächere Gravitation als errechnet messen, dann wäre eine mögliche Erklärung dafür die Existenz zusätzlicher Dimensionen.

Der Teilchenbeschleuniger der Zukunft ist schon in Mache

Der LHC befindet sich derzeit in einer Umbauphase und soll danach noch mal etwa 20 Jahre betrieben werden. Doch schon weit vorher soll der Bau des neuen Teilchenbeschleunigers mit dem Namen FCC (Future Circular Collider) beginnen . Der FCC soll gewaltig sein und einen Umfang von 100 Kilometern haben, fast viermal mehr als der LHC. Er wäre damit 100.000 mal leistungsstärker und soll Elektronen und Positronen zur Kollision bringen. Mit dieser Energie könnte man die Gravitation auf kleinen Skalen messen, Extradimensionen finden (wenn sie denn existieren) oder neue Teilchen finden, vielleicht die lange gesuchten Gravitonen. In der Geographie des Genfer Beckens wäre das Projekt gut umsetzbar. Ob der Bau beginnen wird, werden die 22 Mitgliedsstaaten des CERN, darunter auch Deutschland, 2020 entscheiden. In der ersten Phase würde der Beschleuniger dann neun Milliarden Euro kosten. Bis er dann 2055 in Betrieb gehen würde, wird er 15 Milliarden Euro verschlungen haben.

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