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CERN

Das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung (die Abkürzung CERN leitet sich vom früheren franz. Namen Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ab) ist eine Großforschungseinrichtung in der Nähe von Genf in der Schweiz. Am CERN wird vielfältige physikalische Grundlagenforschung betrieben, bekannt ist es vor allem für seine großen Teilchenbeschleuniger.

Inhaltsverzeichnis

Überblick

Derzeit hat das CERN 20 Mitgliedstaaten. Mit seinen knapp 3000 Mitarbeitern (Stand: 25. Oktober 2007) ist das CERN das weltgrößte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Ca. 6500 Gastwissenschaftler aus aller Welt arbeiten an CERN-Experimenten. Das Budget des CERN beläuft sich 2008 auf ungefähr 1,1 Milliarden CHF.[1]

Bei CERN wird die Zusammensetzung der Materie erforscht, indem Elementarteilchen wie Elektronen oder Quarks (in Form von Protonen) sehr stark beschleunigt und dann zur Kollision gebracht werden. Mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Teilchendetektoren werden dann die Flugbahnen der in den Kollisionen entstehenden Teilchen rekonstruiert. Daraus lassen sich dann die Eigenschaften der kollidierten und neu entstandenen Teilchen bestimmen. Dies ist in der Regel mit enormem technischem Aufwand und Rechenleistung verbunden, womit nicht zuletzt der internationale Ansatz dieses Großforschungsprojekts klar wird (Finanzierung). Teile der Beschleunigeranlagen sind unter anderem das Super Proton Synchrotron (SPS) und der Large Hadron Collider (LHC; Großer Hadronen-Speicherring).

Lage

Das Hauptgelände des CERN liegt bei Meyrin nahe der Grenze zu Frankreich, Teile der Beschleunigerringe und auch einige oberirdische Experimentierplätze befinden sich dadurch auf der anderen Grenzseite.

Organisation

Mitgliedstaaten

Die Gründungsmitglieder 1954 waren die Schweiz, Belgien, Dänemark, (West-)Deutschland, Frankreich, Griechenland, Vereinigtes Königreich, Italien, Jugoslawien (bis 1961), Niederlande, Norwegen und Schweden.

Es folgten weitere Staaten: Österreich (1959), Spanien (1961–1968 und ab 1983), Portugal (1986), Finnland (1991), Polen (1991), Ungarn (1992), Tschechien (1993), Slowakei (1993) und Bulgarien (1999).

Beobachterstatus und Nichtmitglieder

Beobachterstatus haben gegenwärtig die Europäische Kommission, Indien, Israel, Japan, Russland, die Türkei, die USA sowie die UNESCO.

Weitere 35 Staaten sind als Nichtmitglieder an CERN-Programmen beteiligt.

Geschichte

Gründung

Nach zwei UNESCO-Konferenzen in Florenz und Paris unterzeichneten elf europäische Regierungen die Vereinbarung zu einem provisorischen CERN. Im Mai 1952 traf sich der provisorische Rat zum ersten Mal in Paris. Am 29. Juni 1953, auf der 6. Konferenz des provisorischen CERN in Paris, unterzeichneten Vertreter der zwölf europäischen Staaten die Gründungsurkunde. Im Oktober 1953 wurde auf einer Konferenz in Amsterdam der Sitz des CERN und dessen Laboratoriums in der Nähe von Genf bestimmt. Am 24. Februar 1954 erfolgte die 1. Konferenz des CERN-Rates nach der Gründung in Genf. Am 29. September 1954 ratifizierten sieben der zwölf Mitgliedstaaten den Staatsvertrag zur Gründung. Am 10. Juni 1955 erfolgte die Grundsteinlegung des CERN durch Felix Bloch, den ersten regulären Generaldirektor des CERN.

Im November 2000 wurde der LEP abgeschaltet. Im gleichen Tunnel wird zur Zeit der LHC (Large Hadron Collider) gebaut, in welchem Protonen aufeinander geschossen werden. Dort werden dann Energien erreicht, die in herkömmlichen Teilchenbeschleunigern bisher nicht möglich waren (bis 14 TeV). In diesem Beschleuniger soll dann nach schweren supersymmetrischen Teilchen und dem umstrittenen Higgs-Boson sowie dem Quark-Gluon-Plasma gesucht werden. Zugunsten dieses Projekts wurden andere Aktivitäten stark reduziert. So gab es 2005 am CERN nur einen eingeschränkten Beschleunigerbetrieb.

Erste Beschleuniger

Ursprünglich war das CERN vor allem für Forschung im Bereich der Kernenergie vorgesehen, schon bald entstanden aber die ersten Teilchenbeschleuniger. 1957 wurde das Synchro-Zyklotron (SC), das Protonen auf bis zu 600 MeV beschleunigt, in Betrieb genommen, das erst nach über 33 Jahren Betrieb 1990 abgeschaltet werden sollte. Am 24. November 1959 folgte das Protonen-Synchrotron (PS) mit einer (damals weltweit höchsten) Protonenergie von 28 GeV, es arbeitet heute noch als Vorbeschleuniger. 1965 erfolgte eine Vereinbarung mit Frankreich, den geplanten Protonen-Speicherring, Intersecting Storage Ring (ISR) genannt, auch auf französischen Boden auszubauen. 1968 erfand Georges Charpak einen Teilchendetektor, der in einer gasgefüllten Kammer eine große Anzahl parallel angeordneter Drähte zur besseren Orts- und Energieauflösung enthielt. Er revolutionierte mit dieser Drahtkammer den Teilchennachweis und erhielt 1992 den Nobelpreis für Physik. 1970 belief sich das Budget des CERN auf 370 Millionen Schweizer Franken. Die Kosten wurden 1970 zu 23 % durch die Bundesrepublik Deutschland, zu 22 % durch das Vereinigte Königreich und zu 20 % von Frankreich getragen.

1970/71 gingen die großen Blasenkammern Gargamelle und BEBC zur Untersuchung von Neutrino-Reaktionen in Betrieb. 1971 wurde auch der ISR fertiggestellt. 1973 gelang mit Gargamelle die Entdeckung der neutralen Ströme der Z0-Teilchen durch André Lagarrigue. 1976 folgte als neuer Beschleuniger das Super-Protonen-Synchrotron (SPS), das auf einem Bahnumfang von 7 km Protonen mit 400 GeV liefert. 1981 wurde es zum Proton-Antiproton-Collider ausgebaut, dabei wurde die Technik der stochastischen Kühlung von Simon van der Meer genutzt. Im Mai 1983 wurden am CERN die W- und Z-Bosonen entdeckt, Carlo Rubbia und Simon van der Meer erhielten dafür 1984 den Nobelpreis.

LEP und LHC

Im August 1989 ging der Large Electron-Positron Collider (LEP) in Betrieb. In einem Tunnel von 27 km Länge trafen hier an ausgewählten Stellen Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, mit Energien von 100 GeV aufeinander. 1990 entwickelte Tim Berners-Lee am CERN das World Wide Web. 1996 wurden am LEAR-Speicherring erstmals Antiwasserstoff-Atome produziert, es gab dabei erste Hinweise auf geringfügige Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie (CP-Verletzung), was 2001 durch ein weiteres Experiment bestätigt wurde. 1999 begannen die Bauarbeiten für den Large Hadron Collider (LHC), der den Tunnel des LEP übernahm, der dafür 2000 abgeschaltet wurde. Noch im selben Jahr hatte es einen ersten Hinweis auf die Entstehung eines Quark-Gluon-Plasmas gegeben, Folgeexperimente am LHC mit dem ALICE-Detektor sind vorgesehen. 2002 gelang die Produktion und Speicherung von mehreren tausend „kalten“ Antiwasserstoff-Atomen durch die ATHENA-Kollaboration. Beginn der Datenaufnahme im COMPASS-Experiment. Für 2008 ist die Inbetriebnahme des Large Hadron Collider (LHC) mit Kollisionsenergien für Protonen und schwere Ionen im TeV-Bereich geplant. Mit mehreren Staaten, die nicht zu CERN gehören, wurden Kooperationsvereinbarungen für die LHC-Nutzung abgeschlossen. Bisher mit Indien, Japan, Kanada, Russland und den USA.

Generaldirektoren

Forschungsanlagen

Beschleuniger

Detektoren

Detektoren am LEP

Alle vier Detektoren wurden für den Test des Standardmodells entwickelt.

ALEPH: Apparatus for LEp PHysics; Nachweis von Teilchen, die bei der Zerstrahlung von Elektronen und Positronen entstehen

DELPHI: DEtector with Lepton PHoton and Hadron Identification; Teilchenidentifikation sowie dreidimensionale Teilchenspuren

OPAL: Omni Purpose Apparatus for Lep; großer, zwiebelförmig aufgebauter Vielzweckdetektor zur Messung von Reaktionsprodukten

L3-Detektor: Der größte LEP-Detektor enthält mehr als 10.000 Kristalle aus Bismut-Germanium-Oxid zum Nachweis von Elektronen und Photonen. L3 erhielt diesen Namen, weil es sich um den dritten eingereichten Vorschlag für einen LEP-Detektor handelte.

Detektoren am LHC

ALICE: A Large Ion Collider Experiment; ALICE ist ein Vielzweckdetektor, optimiert für Kollisionen von Schwerionen, zum Beispiel Blei, bei denen extreme Energiedichten eintreten. Ionen, mit denen das Quark-Gluon-Plasma erzeugt werden soll, werden aber erst am Ende der Laufzeit von LHC eingesetzt.

ATLAS: A Toroidal Lhc ApparatuS; Atlas soll hochenergetische Proton-Proton-Kollisionen untersuchen und dem Higgs-Teilchen auf die Spur kommen; evtl. Teilchennachweis aus Supersymmetriemodellen: ATLAS hat einen zwiebelförmigen Aufbau zum Nachweis unterschiedlichster Teilchenspuren.

CMS: Compact Muon Solenoid; CMS untersucht ebenfalls Proton-Proton-Kollisionen; Besonderheit ist ein Kalorimeter aus Blei-Wolframat-Kristallen für hochenergetische Photonen, zusätzlich Halbleiterspurdetektoren und Myon-Nachweissystem. CMS und ATLAS sind so konzipiert, dass sie eine gegenseitige Überprüfung wissenschaftlicher Resultate garantieren.

LHCb: Large Hadron Collider beauty experiment; LHCb soll Messungen zur CP-Verletzung bei B-Mesonen vornehmen, seltene Zerfälle von Hadronen, die das schwere Bottom-Quark enthalten.

TOTEM: Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC

Weitere bedeutende Experimente

Daneben gibt es noch eine Vielzahl kleinerer Experimente.

Sonstiges

Computertechnik

Am CERN wurde unter anderem auch die Idee des World Wide Web von Tim Berners-Lee auf den Weg gebracht.[2]

Derzeit ist man am CERN intensiv an der Entwicklung eines World Wide Grid beschäftigt, eines Systems für verteiltes Rechnen. Dieses wird benötigt, um die ungeheuren Datenmengen, die ab 2008 an den drei großen Experimenten (ATLAS, CMS, LHCb) des LHC anfallen, zu verarbeiten. Diese Technik könnte in Zukunft das heutige Internet ersetzen, da es Daten 10.000 mal schneller übertragen kann. Der erste Testlauf soll noch im Sommer dieses Jahres gestartet werden.

CERN in der Literatur

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Beitragszahlungen der Mitgliedsländer, Budgetreport, Sommer 2007 (PDF)
  2. Welt der Physik: World Wide Web

Literatur

Weblinks

 Commons: CERN – Bilder, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: CERN – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik

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