CERN – Großforschung in neuen Dimensionen

Einmal im Jahr veranstaltet das ZiF eine besondere Tagung: die ZiF-Konferenz wird vom Direktorium des ZiF organisiert und richtet sich an eine breite Öffentlichkeit interessierter Bürgerinnen und Bürger. Im Mittelpunkt der ZiF-Konferenz 2013 stand die Bedeutung von Großforschungsprojekten am Beispiel des europäischen Kernforschungszentrums CERN, das im schweizerischen Meyrin bei Genf den größten Teilchenbeschleuniger der Welt betreibt. In seinen Detektoren hinterließ das Higgs-Teilchen, jener flüchtige flüchtiger Hinweis auf ein Kraftfeld, ohne das es die Welt, wie wir sie kennen, mutmaßlich gar nicht gäbe, im vergangenen Sommer seine ersten Spuren.
Von einem `Higgs-ähnlichen Teilchen` sprach Rolf-Dieter Heuer, Generaldirektor des CERN, in seinem Eröffnungsvortrag. Denn noch ist nicht sicher, ob es in allen Eigenschaften dem entspricht, was das Standardmodell der Elementarteilchen vorhersagt. Die Entdeckung dieses Teilchens war ein spektakulärer Erfolg des 1954 als Zeichen friedlicher europäischer Zusammenarbeit gegründeten CERN, dessen Aufgaben Heuer mit Innovation, Forschung und Ausbildung beschrieb. Auftrag des CERN sei neben der Grundlagenforschung die Entwicklung neuer Technologien und der Ausbildung von Wissenschaftlern und Ingenieuren für morgen. Vor allem aber sei das CERN ein Ort, der Menschen zusammenbringe und der Völkerverständigung diene. Das CERN hat heute 20 Mitgliedsstaaten, über 3000 Angestellte und mehr als 10000 Nutzer aus über hundert Nationen.
Am CERN geht es um die sehr großen und die sehr kleinen Dimensionen, so Heuer. Daten zahlreicher Teleskope, die den Rückblick in frühe Zeiten des Universums suchen, werden am CERN ausgewertet. Die Kernforscher selbst suchen mit ihren Teilchenbeschleunigern in den kleinsten Dimensionen Antworten auf dieselben Fragen. Bis auf 10-16 Sekunden kommen die Forscher an den Urknall heran. Eine lange Zeit, so Heuer, denn im Universum hat sich in dieser Zeit schon viel getan. Mit der Entdeckung des Higgs-ähnlichen Teilchens sind nun aber keineswegs alle Fragen beantwortet, betonte Heuer: das Standardmodell erkläre nur etwa fünf Prozent des Universums. Der große Rest, bestehend vor allem aus dunkler Materie und dunkler Energie, harre noch der Erklärung. Vielleicht, so Heuer, lernt man am Higgs-ähnlichen Teilchen auch etwas die dunkle Materie. Das CERN, so zeigte sich Heuer überzeugt, wird unser Verständnis des Universums verändern.
Hermann Schunck, Ministerialdirektor im Bundesministerium für Forschung und Technologie, als der Large Hadron Collider (LHC), der große Teilchenbeschleuniger des CERN, realisiert wurde, berichtete von den Stolpersteinen, die das Unternehmen im Laufe seiner Geschichte zu nehmen hatte: von den komplexen Antragswegen über Beitragskürzungen der Mitgliedsstaaten bis hin zur Zwischenfinanzierung über Kredite, die eigentlich gar nicht möglich waren. So wurde 1991 entschieden, der LHC sei "die richtige Maschine", 1994 wurde ihr Bau beschlossen, aber erst 2008 umrundetet das erste Protonenpaket den Ring, und erst 2010 konnte die eigentliche Forschungsarbeit beginnen. Forschungsprojekte dieser Größenordnung benötigen einen langen Atem, eine solide technische Basis und vor allem eine verlässliche langfristige Finanzierung, betonte Schunck. Eine Einschätzung, die der Kernphysiker Reinhard Stock bestätigte: 1996 beantrage er zusammen mit Kollegen ein Experiment zur Quarkmaterie, unter anderem im Bundesministerium für Forschung und Technologie bei Hermann Schunck. 2010 konnte es starten. Heute ist die die Quarkmaterie ein neues Forschungsfeld am CERN. Quarkmaterie bezeichnet den Zustand der Materie nach dem Urknall, bevor sie zu Protonen und den anderen bekannten Teilchen kondensierte. Protonen, so Stock, sind die erste Realisierung von Innen und Außen in der Welt. Wenn schwere Kerne im Teilchenbeschleuniger zusammenstoßen, wachsen sie erst ineinander, um dann mit einer Art Mini-Urknall zu explodieren. Die Produkte dieser Kollisionen erlauben, die Materie in dem Zustand kurz nach dem Urknall zu untersuchen, so Stock. Und er erinnerte daran, dass auch unsere Körper aus der im Urknall entstandenen Materie bestehen. Tief in unserem Inneren rast der Urknall mit unverminderter Kraft weiter, so Stock, er hat sich nur abgeschirmt.
Zwischen erfolgreicher Grundlangenforschung und ihrer Anwendung können fünfzig, achtzig oder auch hundert Jahre liegen, berichtete Antimateriespezialist und Sachbuchautor Rolf Landua (CERN) in einem Rückblick auf die Wissenschaftsgeschichte. So habe es etwa sechzig Jahre gedauert, bis die Proton-Therapie zur Tumorbehandlung einsatzfähig war. Doch es gibt auch Ausnahmen: das am CERN entwickelte WWW brauchte nur zehn Jahre, um sich zu etablieren. Zu den ´Nebenprodukten´ der Grundlagenforschung am CERN gehören auch der PET-Scanner, verbesserte Supraleitung, Vakuumtechnik, wie sie etwa in Solarpanelen Anwendung findet, und ultraschnelle Mustererkennung, wie sie in den Detektoren des LHC erforderlich ist. Und auch in der Datenverarbeitung stößt das CERN in neue Dimensionen vor: Würden die Daten, die das CERN im Jahr produziert, auf DVDs kopiert, ergäbe sich ein 20 Kilometer hoher Stapel. Tatsächlich befinden sie sich in weltweit verteilten Rechen- und Speichernetzwerken.
Doch das CERN beschleunigt nicht nur die Technik, es beschäftigt auch Kultur und Gesellschaft: dies zeigte Landua am Beispiel der Reaktionen von Film- und Theaterschaffenden auf die Entdeckung des Higgs-ähnlichen Teilchens und am Beispiel der Künstlerprogramme des CERN. Er berichtete von den Schüler- und Lehrerprogrammen, mit denen die Forscher versuchen, die junge Generation für die Kernforschung zu begeistern. Gemeinsame Motivation, gemeinsame Ziele und kulturelle Vielfalt seien die treibenden Merkmale der Arbeit am ZiF, so Landua.
Das CERN bietet Wissenschaftsphilosophen und -soziologen die einmalige Gelegenheit, die Entstehung von Wissen in Echtzeit zu beobachten, so Arianna Borrelli. Welche Erwartungen hatten die Physiker, als 2010 der LHC startete hinsichtlich des Higgs-Teilchens und hinsichtlich neuer Modelle, die das Standardmodell ergänzen oder ablösen könnten? Junge Physiker, so berichtete Borrelli, arbeiten mit vielen Modellen zugleich und bemühen sich eher, sie zu verbinden, als sich auf eins festzulegen. Mithilfe eine Online-Umfrage konnte sie einen Wandel in der gegenseitigen Wahrnehmung von Theoretikern und Experimentatoren belegen: seit der Entdeckung des Higgs-Teilchens ist die Wertschätzung der Experimentatoren für die Theoretiker deutlich gestiegen.
Günther Rosner berichtete von der neuen internationalen Großforschungsanlage FAIR, die in Darmstadt erbaut wird. Er ist Forschungsdirektor und Administrativer Geschäftsführer der Anlage, die es möglich machen soll, in Sekundenschnelle riesige Magnetfelder zu erzeugen, um Teilchen fast auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität zu liefern. Zudem soll die Anlage die Möglichkeit bieten, Antiprotonen und Ionen mit bester Qualität für Experimente bereitzustellen. Auch das FAIR ist eine internationale Kooperation, anders als das CERN hat sie keinen europäischen Schwerpunkt. Rosner berichtete auch von den Dimensionen der Bauplanung: 771 Ordner hätten allein die Unterlagen umfasst, mit denen die Baugenehmigung beantragt worden sei - die Genehmigung selbst passte dann in 21 Ordner. 2018 soll das Forschungszentrum den Betrieb aufnehmen.

Großforschung, so zeigte die sehr gut besuchte ZiF-Konferenz, betritt heute in vielen Bereichen neue Dimensionen: nicht nur in der Annäherung an den Urknall und der Energie, die eingesetzt werden kann, um diesem so nah wie möglich zu kommen, sondern ebenso in der Planung und Organisation der Großprojekte, von der Finanzierung über die Datenverarbeitung bis zur Völkerverständigung.