Eines der wichtigsten Ziele der Elementarteilchenphysiker weltweit ist die Forschung an dem am CERN im Bau befindlichen Large Hadron Collider, einem unterirdischen Speicherring von 27 km Umfang, der im Jahr 2005 seinen Betrieb aufnehmen wird. An diesem Beschleuniger werden Protonen (Wasserstoffkerne) gegeneinander mit einer derart hohen Energie geschossen, wie sie in den ersten Billionstel Sekunden des Universums nach dem Urknall existiert haben. Aus dem genauen Studium dieser Kollisionen sowie der dabei freigesetzten Elementarteilchen erhoffen sich die Physiker Aufschlüsse über Fragen wie das mysteriöse Verschwinden der Antimaterie, die es im frühen Universum noch gegeben haben muss; ebenso über die Natur der bislang unsichtbar gebliebenen "dunklen Materie" im Universum sowie über den Mechanismus, der den Teilchen Masse verleiht. Zwei Großdetektoren, ATLAS und CMS, sollen diesen Fragen nachgehen. Diese Detektoren sind haushohe Gebilde, die mit Millionen von elektronischen Auslesekanälen die komplexen Kollisonsereignisse rekonstruieren sollen, bei denen in manchen Fällen bis zu 3.000 Teilchen freiwerden.

Forscher aus 33 Ländern sind am Bau von CMS beteiligt, darunter auch Wissenschaftler vom Institut für Experimentelle Kernphysik der Universität Karlsruhe, dessen Leiter Prof. Dr. Thomas Müller Sprecher der Deutschen Gruppen am Experiment ist. Thomas Müller ist auch Mitglied im Management des CMS. Das Hauptinstrument des CMS-Detektors ist der hier genannte Magnet, dessen 4 Tesla starkes Feld geladene Teilchen in gekrümmte Bahnen lenkt und so deren Impuls bestimmen lässt. Die Bahnen selbst werden mit Hilfe von hochauflösenden Spurendetektoren vermessen. Zusätzliche strahlenabsorbierende Detektoren (Kalorimeter) ermöglichen die Identifikation der Teilchen anhand ihrer Art, ihre Energie abzugeben.

Der Magnet selbst ist mit einer Länge von 21,6 m und einem äußeren Durchmesser von 14,6 m der größte und mit einem Gesamtgewicht von rund 12.000 Tonnen der schwerste jemals gebaute, sieht man von Teilchenbeschleunigern ab. In der supraleitenden Spule, 13 m lang und 6 m im Durchmesser, werden 2.5 Gigajoule an Energie gespeichert. Sollte die Supraleitung einmal zusammenbrechen, wird diese Energie, die ausreicht, einen elektrischen Heizofen zwei Wochen lang zu betreiben, von dicken Aluminiumkabeln gefahrlos abgeleitet. Das unten abgebildete fertiggestellte Segment verdeutlicht die Dimensionen und lässt verstehen, warum Teilchenphysiker heutzutage eine Werft bemühen müssen.

Nähere Informationen:

Prof. Dr. Thomas Müller
Institut für Experimentelle Kernphysik
Tel. 0721/608-3524 oder 07247/825968

Foto eines Ringsegmentes des CMS-Magneten. Die Höhe der Struktur beträgt 16 m, das Gewicht 1.200 Tonnen

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Silvia Roos (Presse und Kommunikation) 17.11.1999