Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

über die Physik des Standardmodells hinausgeht und das primäre Ziel des LHC ist. CMS und ATLAS sind die Hauptdetektoren, die diejenigen Messungen vornehmen, die, wie wir hoffen, neue Phänomene und Materie enthüllen werden.
    Dieses Kapitel enthält eine ordentliche Menge technischer Details. Selbst Theoretiker wie ich brauchen diese Tatsachen nicht alle zu wissen. Diejenigen von Ihnen, die nur an der neuen Physik interessiert sind, die wir entdecken könnten, oder an den allgemeinen Begriffen, die sich auf den LHC beziehen, mögen es überspringen. Doch die LHC-Experimente sind klug und eindrucksvoll. Wenn man diese Einzelheiten wegließe, würde man dem Unternehmen nicht gerecht werden.
    Allgemeine Prinzipien
    In einem bestimmten Sinne sind die ATLAS- und CMS-Detektoren die logische Entwicklung des Wandels, den Galilei und andere vor mehreren Jahrhunderten anstießen. Seit der damaligen Erfindung des Mikroskops hat eine immer fortschrittlichere Technik den Physikern ermöglicht, immer unzugänglichere Abstände indirekt zu untersuchen. Die Untersuchung kleiner Größen hat wiederholt die zugrunde liegende Struktur der Materie enthüllt, die nur mit sehr kleinen Sonden beobachtet werden kann.
    Experimente am LHC sollen die Substruktur und die Wechselwirkungen innerhalb eines Bereichs untersuchen, der hunderttausend Billionen Mal kleiner ist als ein Zentimeter. Das ist etwa zehnmal kleiner als alles, was in irgendeinem Experiment zuvor zur Ansicht kam. Obwohl frühere Hochenergiebeschleunigerexperimente, wie z.B. diejenigen am Tevatron am Fermilab in Batavia, Illinois, auf ähnlichen Prinzipien wie diese LHC-Detektoren beruhten, stellte die Rekordenergie und bislang höchste Zusammenstoßrate, die die neuen Detektoren ereichen sollten, viele neue Herausforderungen, die ihre beispiellose Größe und Komplexität notwendig machten.
    Wie Teleskope im Weltraum sind die Detektoren, nachdem sie einmal gebaut sind, im Wesentlichen unzugänglich. Sie sind tief unter der Erde verborgen und großen Mengen an Strahlung ausgesetzt. Niemand kann in den Detektor hineingehen, während die Maschine in Betrieb ist. Selbst wenn sie nicht läuft, ist es äußerst schwierig und zeitaufwendig, irgendeinen bestimmten Teil des Detektors zu erreichen. Aus diesem Grund wurden die Detektoren so gebaut, dass sie mindestens zehn Jahre halten, und zwar auch ohne Wartung. Es sind jedoch immer nach zwei Jahren LHC-Laufzeit lange Perioden geplant, in denen die Detektoren abgeschaltet sind. Während dieser Zeit werden die Physiker und Ingenieure Zugang zu vielen der Detektorkomponenten haben.
    In einer wichtigen Hinsicht unterscheiden sich jedoch Teilchenexperimente stark von Teleskopen. Teilchendetektoren müssen nicht in eine bestimmte Richtung weisen. In einem gewissen Sinne schauen sie zugleich in alle Richtungen. Es gibt Zusammenstöße, und daraus gehen Teilchen hervor. Die Detektoren zeichnen jedes Ereignis auf, das möglicherweise von Interesse ist. ATLAS und CMS sind Mehrzweckdetektoren. Sie registrieren nicht nur eine einzige Art von Teilchen oder Ereignis und konzentrieren sich auch nicht nur auf bestimmte Prozesse. Diese Versuchsaufbauten sind so entworfen, dass sie die Daten aus dem breitest möglichen Bereich von Wechselwirkungen und Energien aufnehmen können. Experimentalphysiker, denen eine gewaltige Rechenleistung zur Verfügung steht, versuchen, eindeutige Informationen über solche Teilchen und ihre Zerfallsprodukte aus den »Bildern« herauszuziehen, die die Experimente aufzeichnen.
    Mehr als 3000 Menschen von 183 wissenschaftlichen Instituten, die 38 Länder vertreten, sind am CMS-Experiment beteiligt – am Bau und Betrieb des Detektors und an der Analyse der Daten. Der italienische Physiker Guido Tonelli – ursprünglich stellvertretender Sprecher – leitet nun die Zusammenarbeit.
    Mit dem Vermächtnis des CERN brechend, dass nur männliche Physiker den Vorsitz innehaben, ist die beeindruckende italienische Donna Fabiola Gianotti von der Stellvertreterin zur Sprecherin geworden, und zwar für ATLAS, das andere Mehrzweckexperiment. Sie füllt diese Rolle sehr verdienstvoll aus. Ihr Benehmen ist milde gestimmt, freundlich und höflich – doch ihre Beiträge zur Physik und Organisation waren gewaltig. Was mich jedoch wirklich eifersüchtig macht, ist die Tatsache, dass sie auch eine ausgezeichnete Köchin ist – was bei einer Italienerin mit einer ungeheuren Aufmerksamkeit für Details vielleicht verziehen werden