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Grundlagenforschung: Das CERN feiert 60. Geburtstag

Im September 1954 trat der Vertrag in Kraft, mit dem zwölf europäische Staaten das Kernforschungszentrum CERN gründeten. In den folgenden Jahrzehnten wuchs das Labor zu einer der größten Forschungseinrichtungen der Welt.

Europas Kernforschungszentrum CERN feiert am heutigen Montag seinen 60. Geburtstag: 1954 wurde mit einem internationalen Vertrag die Grundlage für dieses frühe Beispiel europäischer Kooperation in der Nachkriegszeit gelegt und eines der größten Laboratorien der Welt geschaffen. Gegenwärtiges Prunkstück unter den Forschungsinstrumenten des CERN ist der Large Hadron Collider, der größte Teilchenbeschleuniger der Welt. Doch schon vor dem LHC drangen die Forscher am CERN zu den Elementarteilchen vor und entrissen ihnen ihre Geheimnisse.

Ein Teil des Large Hadron Collider beim Einbau

(Bild: Maximilien Brice, Claudia Marcelloni )

Nach dem Zweiten Weltkrieg war die gemeinsame Grundlagenforschung als Möglichkeit erkannt worden, die weitere Abwanderung von Wissenschaftlern in die USA zu verhindern. Nur die europäische Kooperation schien die Chance zu bieten, den Forschungseinrichtungen auf der anderen Seite des Atlantiks etwas entgegenzusetzen. Verschiedene bedeutende Wissenschaftler – darunter etwa der dänische Nobelpreisträger Niels Bohr – hatten dies erkannt und konnten einflussreiche Politiker von ihrer Idee einer europäischen Institution für Grundlagenforschung überzeugen.

Einen ersten offiziellen Vorschlag unterbreitete der französische Physiker Louis de Broglie im Dezember 1949. Mehrere Regierungen verhandelten in den Folgejahren auf zwei UNESCO-Konferenzen, bis Anfang 1952 elf Länder eine Vereinbarung unterzeichneten, mit der sie den provisorischen Rat einführten. Die Urkunde zur Gründung des Europäischen Kernforschungszentrums (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) wurde dann am 1. Juli 1953 von bereits zwölf Staaten unterzeichnet. Dazu gehörten Belgien, Dänemark, Frankreich, die Bundesrepublik Deutschland, Griechenland, Italien, Jugoslawien, die Niederlande, Norwegen, Schweden, die Schweiz und das nach 1952 hinzugekommene Vereinigte Königreich.

Mit der Ratifizierung durch Frankreich und die BRD entstand am 29. September 1954 – auf den Tag genau vor 60 Jahren – offiziell das CERN. Als Standort war Genf festgelegt worden. Das CERN sollte sich laut der Gründungsurkunde der europäischen Nuklearforschung von "rein wissenschaftlichen Grundlagencharakter" her widmen. Es solle keine Wissenschaft für militärische Zwecke betrieben werden und die Erkenntnisse sollen der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden.

Für die Forschung standen und stehen am CERN verschiedene Teilchenbeschleuniger zur Verfügung, um die neuesten Aussagen der theoretischen Physik zu bestätigen oder zu entkräften. In diesen Anlagen werden subatomare Partikel auf immens hohe Energien beschleunigt, um dann ihre Wechselwirkung mit anderen Teilchen zu untersuchen. Das heißt, die zu untersuchenden Teilchen werden nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Wird ihnen weiter Bewegungsenergie zugeführt, nehmen sie diese auf, werden aber nicht mehr in gleichem Maße schneller. Stattdessen wächst die Bewegungsenergie und steht dann bei der Kollision für die Entstehung anderer – schwererer – Teilchen zur Verfügung. Mit der wachsenden Leistungsfähigkeit der Beschleuniger wurde und wird so nach und nach der sogenannte Teilchenzoo vervollständigt.

Am CERN entstehen gigantische Datenmengen, die automatisch vorsortiert werden, bevor Wissenschaftler in aller Welt darauf zugreifen.

Im Mai 1957 ging mit dem Synchrozyklotron der erste Teilchenbeschleuniger am CERN in Betrieb. Hier konnten Ionen auf Energien von bis zu 600 MeV (Megaelektronenvolt) beschleunigt werden, ungefähr 60 Prozent der Masse eines Protons. Die erste richtig große Anlage, das Proton Synchrotron nahm seine Arbeit 1959 auf. Es hat einen Umfang von 629 Metern und war mit einer erreichten Protonenenergie von mehr als 25 GeV (Gigaelektronenvolt) für kurze Zeit der stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt.

1973 konnte am CERN das sogenannte Z-Boson beobachtet werden. Für seinen wirklichen Nachweis – gemeinsam mit dem W-Boson – im Jahr 1983 erhielten Carlo Rubbia und Simon van der Meer 1984 den Physik-Nobelpreis. Für diesen Nachweis war das Super Proton Synchrotron (SPS) nötig gewesen, das im Mai 1976 eröffnet und später umgebaut worden war. In der kreisförmigen Versuchsanordnung mit einem Durchmesser von fast sieben Kilometern können Protonen bis auf 459 GeV (Gigaelektronenvolt) beschleunigt werden.

Im Jahr 1989 kam dann aus dem CERN eine Erfindung, die die Welt in rasanter Geschwindigkeit grundlegend verändern sollte: Tim Berners-Lee stellte – erst intern – seinen Vorschlag für das World Wide Web vor und legte den Grundstein für den Aufstieg des Internet. Im selben Jahr nahm der Large Electron-Positron Collider (LEP) seine Arbeit auf, in dem Elektronen auf Positronen (die Antiteilchen der Elektronen) geschossen wurden. In dem 27 Kilometer langen Kreistunnel konnte das Standardmodell der Elementarteilchentheorie bestätigt werden. Im Gegensatz zu den anderen Experimenten – die teilweise noch in Betrieb sind – konnte der LEP nicht in Verbindung mit seinem Nachfolger benutzt werden.

Blick auf den LHC-Tunnel

(Bild: Jacques Fichet )

Die Bauarbeiten für diesen Nachfolger begannen 1999. Der Large Hadron Collider (LHC) ist als weltgrößter Teilchenbeschleuniger das bis heute größte Projekt des CERN. Die angestrebte Kollisionsenergie beträgt hier 14 TeV (Teraelektronenvolt). Gegenwärtig wird der Beschleuniger für diese maximale Energie umgebaut. Den bislang erfolgreichsten Moment erreichten die Wissenschaftler am LHC im Sommer 2012. Sie beobachteten ein Teilchen, das mit dem bislang nur theoretisch beschriebenen Higgs-Boson übereinstimmte. Damit wurde eine wichtige Bestätigung des Standardmodells der Elementarphysik geliefert. Im Folgejahr bekamen François Englert und Peter Higgs für ihre theoretische Beschreibung dieses Teilchens den Physik-Nobelpreis.

Während der gegenwärtigen Umbauarbeiten können sonst nicht zugängliche LHC-Teile betreten und gefilmt werden.

Die Forschungsarbeit am CERN endet nicht mit dem LHC. Das CERN hat bereits mit der Planung für einen Nachfolger begonnen, Ziel ist eine Protonenenergie von 100 TeV. Auch dafür engagieren sich im CERN inzwischen 21 Mitgliedstaaten (Israel als das jüngste) und mehr als 2500 Mitarbeiter. Jedes Jahr kommen zumindest kurzzeitig mehr als 12.000 Wissenschaftler aus aller Welt und Dutzenden Nationen in die Anlagen an der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich. Das Budget liegt bei mehr als 1,2 Milliarden Schweizer Franken (rund eine Milliarde Euro). Die Arbeitssprachen sind Englisch und Französisch (mho)

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