In Genf entsteht das größte Messgerät der Welt. Was auch immer Physiker damit entdecken - es wird bedeutend sein: Die Nobelpreismaschine

Das ist wie bei einem Erdbeben." Während Stephan Russenschuck das sagt, zeigt er auf ein armdickes Stahlrohr, das von den Kabelsträngen eines Elektromagneten ummantelt ist. In einem Jahr soll der Magnet kleinste Teilchen auf Kurs halten, die durch das Rohr flitzen. Was hat das mit Erdbeben zu tun? Wenn Häuser etwas schwingen können, werden sie durch Erdstöße weniger beschädigt, erläutert Russenschuck. So sei es auch bei dem Rohr: Wenn es auf seine Betriebstemperatur von minus 271 Grad Celsius gekühlt wird und der Magnet seine volle Stärke von 8,3 Tesla erreicht, dann wird die Apparatur ein wenig nachgeben - und so der außergewöhnlichen Belastung standhalten.Zurzeit werden beim Forschungszentrum Cern in Genf hunderte dieser Rohre zum 27 Kilometer langen, kreisrunden Teilchenbeschleuniger LHC verschweißt. Obwohl 8,3 Tesla gut hunderttausendmal stärker sind als das Erdmagnetfeld, werden die Elektromagneten die rasenden Partikel in den 15 Meter langen Rohren gerade einmal ein paar Millimeter zur Seite drücken. Denn die Teilchen werden viel Energie besitzen und damit nur schwer von ihrer Bahn abzubringen sein. Wie viel Energie im System ist, macht die sogenannte Strahlen-Mülltonne deutlich: Sollten die Partikel im Notfall entsorgt werden müssen, werden sie auf einen 10 mal 10 mal 15 Meter großen Block aus Eisen und Grafit gelenkt. Innerhalb eines Sekundenbruchteils erhitzen die Teilchen ihn auf 3 000 Grad Celsius. Dabei wiegen alle Partikel im Ring zusammen nicht einmal ein Staubkorn auf.Im Normalfall werden die Partikel frontal aufeinander geschossen. Im Detektor Alice sollen zum Beispiel Bleiatome kollidieren. Für den winzigen Bruchteil einer Sekunde verwandeln sich die Atome in einen Feuerball, der Quark-Gluonen-Plasma genannt wird und im LHC erstmals zuverlässig erzeugt werden kann. Darin fliegen die Quarks, aus denen die Protonen und Neutronen des Atomkerns bestehen, ungebunden hin und her. Diese Freiheit hatten sie eigentlich eine Mikrosekunde nach dem Urknall verloren. Damals hatte das Weltall schon die Ausmaße des Sonnensystems erreicht und war so weit abgekühlt, dass die Gluonen die Quarks zusammenbinden konnten. Das wird auch nach den Kollisionen in Alice geschehen. Die Forscher werden nur die Teilchen registrieren, die sich aus den Quarks neu gebildet haben. Doch daraus können sie rekonstruieren, was unmittelbar nach der Kollision geschehen ist.Der Detektor Alice wird von einem 16 Meter hohen Elektromagneten umschlossen, der etwa so viel Eisen enthält wie der Eiffelturm. Sein Magnetfeld zwingt die neuen Partikel je nach Gewicht auf unterschiedliche Bahnen - das ist ein Merkmal, woran man sie identifizieren kann. Zurzeit wird das Innere des Magneten mit Messgeräten gefüllt, die jeweils auf bestimmte Partikel spezialisiert sind. "Sonntags und in der Nacht wird noch nicht gearbeitet", sagt die Heidelberger Physikerin Johanna Stachel. Doch das könne sich ändern, wenn der 31. August 2007 näher rückt. An diesem Tag sollen die anderthalb Meter dicken Eisentüren auf beiden Seiten der Magnetspule geschlossen werden. Im Spätherbst sollen die ersten Teilchen knallen.Eine größere Bedeutung für den LHC als Bleiatome werden die Protonen haben, die positiv geladenen Bestandteile aller Atomkerne. Wenn sie zusammenprallen - oder richtiger: die Quarks, aus denen sie bestehen - spritzen neue Partikel in alle Richtungen davon. Welche es sind, hängt vom Zufall ab. Um besonders seltene Teilchen zu erzeugen, werden die Physiker den LHC daher mindestens ein oder zwei Jahre lang betreiben müssen.Die Forscher warten ungeduldig auf die erste Entdeckung. Denn das sogenannte Standardmodell, das alle bisherigen Teilchen-Experimente gut erklärt, gilt in der Fachwelt als Auslaufmodell. "Da muss jetzt etwas passieren", sagt Norbert Wermes. Der Bonner Physiker ist Sprecher der deutschen Forscher, die am Atlas-Detektor beteiligt sind, dem größten Messgerät am LHC. Er will vor allem das Higgs-Teilchen nachweisen, nach dem seit vierzig Jahren gefahndet wird. "Wenn es existiert", sagt Wermes, "werden es die LHC-Detektoren finden."Higgs-Teilchen sind wie die Menschenmengen, die einem in der Fußgängerzone entgegenkommen. So ähnlich stellen sich Physiker den Mechanismus vor, durch den Elementarteilchen ihre Masse gewinnen: Die leichten sind wendig und schlüpfen zwischen den Higgs-Teilchen durch, die schweren bleiben hingegen öfter mal hängen. Der Widerstand, den sie spüren, ist das, was Masse ausmacht.Die Higgs-Teilchen sind die einzigen Partikel des Standardmodells, die noch nicht vermessen worden sind. Doch ihre Entdeckung wäre nicht nur die letzte noch ausstehende Bestätigung des Standardmodells, sondern womöglich auch sein Ende. Denn viele Physiker glauben, dass das Higgs-Teilchen andere Eigenschaften hat, als es die Theorie vorhersagt. Die Entdeckung könnte daher den Weg zu einer neuen Physik weisen.Wermes vergleicht die heutige Physik mit der vor hundert Jahren, als Albert Einstein auf den Plan trat. Damals konnten die Mechanik und die Elektrodynamik fast alle Experimente erklären. Doch es blieben Fragen offen, und die Antworten führten zu einer völlig neuen Physik: der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. Im Vergleich zu damals ist der Aufwand für die physikalischen Experimente deutlich gestiegen. Das inzwischen fünfzig Jahre alte Cern wirkt sogar ein wenig überfordert. Auf dem Gelände des Forschungszentrums gibt es zum Beispiel kein Auditorium, in dem die zweitausend Wissenschaftler tagen könnten, die an dem Atlas-Detektor beteiligt sind.Wie die Entdeckungen von Einstein und Co. dürften die Arbeiten mit dem LHC den einen oder anderen Nobelpreis verdienen. Doch der kann jedes Jahr an höchstens drei Physiker zugleich vergeben werden. Die allermeisten Forscher werden also leer ausgehen. "Das dämpft den Enthusiasmus überhaupt nicht", sagt Norbert Wermes. Aber wer soll am Ende geehrt werden? Wermes zuckt mit den Schultern. Für die Preisvergabe sei das Komitee in Stockholm zuständig, sagt er. "Das ist nicht unser Problem."------------------------------Ein Instrument der SuperlativeKosten: Der LHC kostet drei Milliarden Euro und ist das teuerste Instrument der Welt. Deutschland trägt ein Fünftel der Kosten. Hinzu kommen die Detektoren mit 700 Millionen Euro. An deren Bauteilen hat sich Deutschland mit 60 Millionen Euro beteiligt; zudem investierten deutsche Forscher 2 000 Mann-Jahre an Arbeit.Leistungsfähigkeit: Der Detektor Atlas ist mit einer Höhe von 22 Metern und einer Länge von 46 Metern der größte seiner Art. Sowohl er als auch die anderen drei Messgeräte bestehen aus mehreren Teil-Detektoren, die auf bestimmte Partikel spezialisiert sind. Viele von ihnen sind größer und sensibler als vergleichbare Detektoren in anderen Forschungszentren.Energieverbrauch: Die Elektromagnete im Beschleunigertunnel und in den Detektoren benötigen zusammen 120 Megawatt Strom - fast so viel wie die Stadt Genf. Im Winter pausiert der LHC einige Monate, um gewartet zu werden, aber auch um Kosten zu sparen: Der Strom ist dann teurer.Datenanalyse: In den Detektoren sortieren Computer die meisten Messdaten bereits aus; nur einen Bruchteil davon leiten sie ans Rechenzentrum weiter. Dennoch treffen dort in jeder Sekunde so viele Daten ein, dass eine CD vollständig beschrieben werden kann. Um die Werte zu analysieren, sind rund 100 000 Computer nötig; die meisten stehen in Partnerinstituten. (amd.)------------------------------Grafik : Der Teilchenbeschleuniger LHC------------------------------Karte : Der Tunnel unter dem Forschungszentrum Cern wurde in den 80er-Jahren für den inzwischen abgebauten Teilchenbeschleuniger LEP angelegt. Die Rohre oberirdisch zu verlegen, wäre teurer gewesen.------------------------------Foto : Im Alurohr werden Partikel links- und rechtsherum fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.