Von Michael Schlumpf

„Es ist schon etwas besonderes, wenn man das Resultat jahrelanger Arbeit einmal sieht“, meint der von der ETH angestellte General Integration Coordinator Gérard Faber in der CMS Konstruktionshalle in Cessy (Frankreich). Die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) feierte vergangenen Dienstag dort das Eintreffen des letzten von fünf Magnetmodulen. Diese sind Bestandteile des Compact-Muon-Solenoid-Detektors (CMS) (3) , eines der riesigen Herzstücke des neuen Teilchenbeschleunigers (4) , der 2007 in Betrieb genommen werden soll. Der Magnet wird noch dieses Jahr fertig zusammengebaut und damit verschlossen. In der Konstruktionshalle finden dann die ersten Tests statt.

Die supraleitende Magnetspule des CMS-Detektors, in die die einzelnen Detektorelemente eingebaut werden.

Mit dem Betrieb des Teilchenbeschleunigers erhoffen sich die Forscherinnen und Forscher Erkenntnisse über die Entstehung des Universums. Vor 15 Milliarden Jahren ist das Universum durch den Urknall aus Teilchen entstanden. Im Teilchenbeschleuniger werden Protonen miteinander kollidieren und imitieren so den Zustand ungefähr eine hundermilliardstel Sekunde nach dem Urknall. Pro Sekunde kreuzen sich die Protonenstrahlen 40 Millionen Mal. Die Forscher rechnen mit 25 Proton-Proton-Kollisionen pro Kreuzung. Der Teilchendetektor wird konstruiert für das Studium dieser Kollisionen und der neu entstehenden Teilchen. Dies erfordert eine enorme Rechenleistung.

Gérard Faber vor der Konstruktionshalle in Cessy. Im Hintergrund die Baustelle für das neue Technikgebäude.

„In Cessy entsteht für das Verarbeiten dieser ungeheuren Datenmenge ein neues Gebäude mit ganzen Computerbatterien, die über mehrere Glasfaserkabel mit dem Detektor verbunden sind“, erklärt Gérard Faber eine weitere Entwicklung. Wenn der Teilchenbeschleuniger in Betrieb ist, müssen pro Sekunde Daten verarbeitet werden, die dem Umfang von 10'000 Ausgaben der „Encyclopaedia Britannica“ entsprechen. Aus diesen Daten erhoffen sich die Forscherinnen und Forscher grundlegende Erkenntnisse für die Physik. Das Institut für Teilchenphysik der ETH hat zur Entwicklung und Produktion der verschiedenen Detektoreinheiten massgeblich beigetragen.

Gérard Faber erklärt Botschafter Jürg Streuli, permanenter Vertreter der Schweiz in der UNO in Genf, den Zusammenbau des CMS.

Noch befindet sich der Detektor in Einzelteilen in der Konstruktionshalle und noch bleibt bis zur Inbetriebnahme des 27 Kilometer langen Teilchenbeschleunigers einiges zu tun. Nach Abschluss der Versuche in der Konstruktionshalle wird der riesige Detektor in 15 bis zu 2000 Tonnen schwere Einzelteile zerlegt und in den Teilchenbeschleuniger 90 Meter unter der Erdoberfläche eingebaut. „Die einzelnen Elemente werden mit Luftkissen ungefähr einen Zentimeter angehoben und können dann leicht verschoben werden“, erklärt Faber das Manöver. Wenn alle Elemente bereit sind, werden sie mit einem grossen Brückenkran in die bereits jetzt fertig gebaute unterirdische Höhle abgesenkt, wo sie wieder zusammengebaut werden. Mit seiner Länge von 21 Metern und einem Durchmesser von 15 Metern wiegt der ganze Detektor unglaubliche 12'500 Tonnen.

90 Meter unter der Erdoberfläche wird der CMS-Detektor in dieser Halle aufgebaut. Durch das grosse Loch in der Decke werden die einzelnen Elemente abgesenkt.

Herzstück des Detektors ist eine supraleitende Magnetspule, die mit 4 Tesla, einem inneren Durchmesser von 6 Metern und einer Länge von 12.5 Metern das grösste Magnetfeld generiert, das je gebaut wurde. Es ist 100'000 Mal grösser als das Magnetfeld der Erde. Die Magnetspule wird dafür auf 4.2 Kelvin abgekühlt – dies entspricht -296 Grad Celsius und ist kälter als der Weltraum. Der Magnet speichert so die Energie von 2.6 Gigajoules. Damit könnten 18 Tonnen Gold geschmolzen werden. Forscherinnen und Forscher um ETH-Professorin Felicitas Pauss vom Institut für Teilchenphysik sind in einer internationalen Zusammenarbeit mit drei weiteren Parteien für die Entwicklung und den Bau der Spule verantwortlich.

Der Betrieb des Detektors verschlingt vier Megawatt Strom. „Leider verpufft dabei viel Wärme, die für die Heizung der ganzen Umgebung verwendet werden könnte“, sagt Gérard Faber. „Ich hoffe sehr, dass wir diese Wärme in Zukunft einmal nutzen können“, fügt er hinzu.

„Ich finde es interessant, gemeinsam mit Personen aus der ganzen Welt an etwas zu arbeiten“, meint Gérard Faber. Er arbeitet seit über 18 Jahren am CERN und seit 1994 an der Integration des CMS. 36 Nationen, 160 Institutionen und 2008 Wissenschaftler und Ingenieure arbeiten intensiv an der Fertigstellung des Detektors. Resultate werden mit Spannung erwartet.