Schwerpunkt

Von der Idee zur Rekordmaschine

Zahlreiche technologische Fortschritte waren notwendig, um den LHC zu realisieren.

  • Ralph Aßmann und Jörg Wenninger
  • 04 / 2012 Seite: 33

Der Large Hadron Collider ist die größte und eine der komplexesten Maschinen, die der Mensch je gebaut hat. Er markiert den bisherigen Höhepunkt einer Reihe von Beschleunigern, die Ingenieure und Physiker er­dacht haben, um die Struktur der subnuklearen Materie zu erkunden. Zahlreiche technische Innovationen waren nötig, um den LHC zu realisieren und zu bislang unerreichten Energien vorzudringen.

Ein Collider ist eine Maschine, die zwei Teilchenstrahlen auf hohe Energien beschleunigt und in speziellen Detektoren zur Kollision bringt. Beim LHC können die Hadronenstrahlen aus Protonen oder Ionen (z. B. Blei) bestehen. Die (Weiter-)Entwicklung zahlreicher innovativer Konzepte und Technologien erlaubt es, Kollisionsereignisse mit hoher Rate im Ener­giebereich vieler Tera-Elektronenvolt zu erzeugen – näher an den Bedingungen des Urknalls als je zuvor [1]. Um einen Eindruck von der gewaltigen Energie zu ­geben: Ein Elektronenvolt (eV) ist die Energie, die ein Elektron nach Durchlaufen einer 1 m langen Beschleuni­gungsspannung von 1 V/m erreicht. Der Protonenener­gie von 1 TeV entspricht demnach eine 1000 km lange Strecke mit einer Beschleunigungsspannung von 1 M/m.

Schon 1977 kam während der Entwicklung des Large Electron Positron (LEP) Colliders die Idee auf, in dem 26,6 km langen Beschleunigertunnel nach Abschluss des LEP-Betriebs einen Collider für Hadronen zu bauen. Die CERN-Mitgliedsstaaten bewilligten das LHC-Projekt 1994 und führten es in den Folgejahren mit internationalen Beiträgen aus Japan, Kanada und den USA aus. Weitere Länder wie China, Indien oder Russland haben ebenfalls dazu beigetragen.

Der LHC besteht aus zwei unabhängigen, nebeneinanderliegenden Vakuumröhren, die im Mittel 100 Meter unter der Erdoberfläche im Beschleunigertunnel installiert sind (Abb. 1) [2]. Das benötigte, kontinuierliche Vakuumsystem mit einem Druck von unter 10−9 mbar ist eine der vielen technologischen Meisterleistungen am LHC. Die beiden kreisförmigen Ringe speichern zwei gegenläufige Teilchenstrahlen, die jeder mit über 99,99979 % der Lichtgeschwindigkeit etwa 11  000 Mal pro Sekunde umlaufen. ...

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