Europas CERN-Labor hat seine ersten Schritte zum Bau eines riesigen neuen Teilchenbeschleunigers unternommen, der seinen Large Hadron Collider in den Schatten stellen würde – und hofft, Licht am Ende des Tunnels zu sehen.
Der Partikelzerstörer Future Circular Collider (FCC) wäre mehr als dreimal so lang wie der LHC, bereits der größte und leistungsfähigste Partikelbeschleuniger der Welt, der in der Hoffnung gebaut wurde, Geheimnisse über die Funktionsweise des Universums zu enthüllen.
Die FCC würde einen neuen kreisförmigen Tunnel unter Frankreich und der Schweiz bilden, 91 Kilometer (56,5 Meilen) lang und etwa fünf Meter (16 Fuß) im Durchmesser.
„Das Ziel des FCC ist es, bei der Suche nach neuer Physik die Energie- und Intensitätsgrenzen von Teilchenbeschleunigern zu erweitern, mit dem Ziel, Kollisionsenergien von 100 Teraelektronenvolt zu erreichen“, sagt CERN.
Der Tunnel würde unter der Region Genf und dem gleichnamigen See in der Schweiz verlaufen und in der Nähe der malerischen französischen Stadt Annecy eine Schleife nach Süden bilden.
Acht technische und wissenschaftliche Standorte würden an der Oberfläche gebaut, davon sieben in Frankreich und einer in Genf, sagte CERN-Ingenieur Antoine Mayoux diese Woche gegenüber Reportern.
Nach einer theoretischen Analyse „beginnen wir jetzt zum ersten Mal mit Feldaktivitäten“, um potenzielle Umweltprobleme zu untersuchen, sagte er, gefolgt von seismischen und geotechnischen Studien.
Geheimnisse des Universums
Sobald die Machbarkeitsstudien abgeschlossen sind, werden die Mitgliedsstaaten des CERN – 22 europäische Länder plus Israel – in den nächsten fünf bis sechs Jahren entscheiden, ob die FCC gebaut werden soll.
Die FCC würde Elektronen und Positronen bis 2060 und dann Hadronen bis 2090 beschleunigen, da sie nach Antworten auf viele verbleibende Fragen der grundlegenden Physik sucht, wobei etwa 95 Prozent der Masse und Energie des Universums immer noch ein Rätsel sind.
Der Large Hadron Collider des CERN – ein 27 Kilometer langer Ring, der etwa hundert Meter unter der Erde verläuft – hat bereits damit begonnen, das Unbekannte zu zerkleinern.
Unter anderem wurde es verwendet, um die Existenz des Higgs-Bosons – auch als Gottesteilchen bezeichnet – zu beweisen, was das Verständnis darüber erweiterte, wie Teilchen Masse erlangen, und zwei Wissenschaftlern, die seine Existenz theoretisiert hatten, den Nobelpreis für Physik 2013 einbrachte.
Doch der 2010 in Betrieb genommene LHC soll bis etwa 2040 seinen Lauf genommen haben.
„Das Problem mit Beschleunigern ist, dass man irgendwann, egal wie viele Daten man ansammelt, auf eine Wand aus systematischen Fehlern stößt“, sagte CERN-Physiker Patrick Janot.
„Ungefähr zwischen 2040 und 2045 werden wir der Genauigkeit, die mit dem LHC möglich ist, die Substanz genommen haben“, sagte er.
„Es wird Zeit, zu etwas viel Mächtigerem, viel Hellerem überzugehen, um die Konturen der Physik, die wir zu studieren versuchen, besser zu erkennen.“
Türen in die Zukunft öffnen
Einige Forscher befürchten, dass dieses riesige Projekt Geld verschlingt, das für andere, weniger abstrakte physikalische Forschung verwendet werden könnte.
Aber andere bestehen darauf, dass das Vorantreiben der Grundlagenphysik auch für Fortschritte in der angewandten Physik von entscheidender Bedeutung ist.
„Die Vorteile unserer Forschung sind äußerst wichtig“, sagte Malika Meddahi, stellvertretende Direktorin für Beschleuniger und Technologie des CERN, und nannte als Beispiele die medizinische Bildgebung und den Kampf gegen Tumore.
Janot stimmte zu: „Der Tag, an dem die Elektronenkanone erfunden wurde, war der Beginn der Beschleuniger; wir wussten nicht, dass daraus das Fernsehen entstehen würde. An dem Tag, an dem die allgemeine Relativitätstheorie entdeckt wurde, wussten wir nicht, dass das passieren würde verwendet, um GPS zu betreiben.“
Harry Cliff, ein Teilchenphysiker an der britischen Universität Cambridge, räumte ein, dass die FCC ein „teures Stück Ausrüstung“ sei.
Er merkte jedoch an, dass es von „einer großen internationalen Zusammenarbeit von Nationen gebaut werden würde, die über einen sehr langen Zeitraum zusammenarbeiten“.
„Bei der Teilchenphysik geht es nicht darum, neue Teilchen zu entdecken – es geht darum, die grundlegenden Bestandteile der Natur und die Gesetze, die sie beherrschen, zu verstehen.“
Konkurrenz aus China
Mehr als 600 Institute und Universitäten auf der ganzen Welt nutzen die Einrichtungen des CERN und sind für die Finanzierung und Durchführung der Experimente verantwortlich, an denen sie teilnehmen.
Allerdings hat CERN Konkurrenz: China kündigte 2015 an, innerhalb eines Jahrzehnts mit dem Bau des größten Teilchenbeschleunigers der Welt beginnen zu wollen.
Michael Benedikt, der die Machbarkeitsstudien der FCC leitet, sagte gegenüber , dass CERN mehr als 60 Jahre Erfahrung in der Entwicklung langlebiger Forschungsinfrastrukturen habe.
Und die politische Stabilität in Europa habe dazu beigetragen, „das Entwicklungsrisiko für solche langfristigen Projekte zu minimieren“, sagte er.
Meddahi hob auch die führende Position Europas auf diesem Gebiet hervor, warnte jedoch davor, dass „China die gleichen Ambitionen an den Tag legt“.
„Lasst uns wachsam sein und sicher sein, dass wir nicht kurz vor einer Änderung dieser Hierarchie stehen“, sagte sie.
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