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

abgebremst werden, wenn das Feld schwächer wird. Anschließend kehren sie zu dem Feld zurück, wenn es wieder seinen Spitzenwert erreicht, so dass sie von einem Spitzenwert zum nächsten wiederholt beschleunigt werden. Im Grunde geben die Wellen den Protonen einen ähnlichen Impuls, wie wenn Sie ein Kind auf einer Schaukel anschubsen. Dadurch beschleunigen die Wellen die Protonen und erhöhen ihre Energie, aber in dieser ersten Beschleunigungsphase nur um einen winzigen Betrag.
    Auf der nächsten Stufe werden die Protonen durch Magneten in eine Reihe von Ringen geleitet, wo sie weiter beschleunigt werden. Jeder dieser Beschleuniger funktioniert ähnlich wie der oben beschriebene lineare Beschleuniger. Da diese folgenden Beschleuniger jedoch ringförmig sind, können sie die Energie der Protonen immer und immer wieder erhöhen, wenn diese sich Tausende von Malen im Kreis bewegen. Diese ringförmigen Beschleuniger übertragen dadurch eine ganze Menge Energie.
    Diese »Gefährten der Ringe«, die die Protonen beschleunigen, bevor sie in den großen LHC-Ring kommen, bestehen aus dem Proton Synchrotron Booster (PSB), der Protonen auf 1,4 GeV beschleunigt, dem Proton Synchrotron (PS), das sie bis auf eine Energie von 26 GeV bringt, und dann dem Super Proton Synchrotron (SPS), das ihre Energie auf die sogenannte Injektionsenergie von 450 GeV anhebt (siehe die Illustration der Reise eines Protons in Abbildung 25). Das ist die Energie, die die Protonen haben, wenn sie in die letzte Beschleunigungsphase im großen 27-km-Tunnel eintreten.
    Einige dieser beschleunigenden Ringe sind Relikte früherer CERN-Projekte. Das Proton Synchrotron, das älteste von ihnen, feierte im November 2009 seinen 50. Geburtstag, und der Proton Synchrotron Booster spielte eine entscheidende Rolle für die Durchführung des letzten großen Projekts am CERN, nämlich des LEP, in den 1980er Jahren.
    Nachdem die Protonen das SPS verlassen, beginnt ihre 20 Minuten dauernde Injektionsphase . An diesem Punkt werden die Protonen mit einer Energie von 450 GeV, die aus dem SPS austreten, auf ihre volle Energie im großen LHC-Tunnel beschleunigt. Die Protonen im Tunnel bewegen sich in zwei getrennten Strahlen, die in entgegengesetzte Richtungen laufen, und zwar durch enge, 7,5 cm breite Röhren, die sich über die 27 Kilometer des unterirdischen LHC-Rings erstrecken.

Abb. 25: Die Bahn, auf der sich ein Proton bewegt, wenn es vom LHC beschleunigt wird.
    Der 3,8 m breite Tunnel, der in den 1980er Jahren gebaut wurde, aber jetzt die Protonenstrahlen in ihrer letzten Beschleunigungsstufe beherbergt, ist gut beleuchtet und klimatisiert und groß genug, um bequem darin umherzugehen, wozu ich Gelegenheit hatte, als sich der LHC noch im Bau befand. Auf meiner LHC-Tour machte ich nur einen kurzen Spaziergang in diesem Tunnel, aber ich brauchte für meine wenigen Schritte immer noch viel länger als die 89 Millionstel Sekunde, die die beschleunigten Hochenergieprotonen brauchen, welche sich bei ihrem Umlauf mit 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
    Der Tunnel liegt etwa 100 Meter unter der Erde, wobei die genaue Tiefe zwischen 50 und 175 Metern schwankt. Dadurch wird die Oberfläche vor Strahlung geschützt, und das CERN musste während der Bauphase nicht das ganze Ackerland aufkaufen (und zerstören), das über dem Tunnel liegt. Eigentumsrechte verzögerten jedoch die Ausschachtung des Tunnels in den 1980er Jahren, als er ursprünglich für den LEP gebaut wurde. Die Schwierigkeit bestand darin, dass in Frankreich die Landeigentümer einen Anspruch auf das ganze Gebiet bis zum Mittelpunkt der Erde haben – und nicht nur auf das Ackerland, das sie pflügen. Der Tunnel konnte erst gegraben werden, nachdem die französischen Behörden die Operation absegneten, indem sie eine »Déclaration d’Utilité Publique« (Erklärung öffentlichen Nutzens) unterzeichneten und dadurch das darunter befindliche Gestein – und im Prinzip auch das noch tiefer liegende Magma – zum öffentlichen Eigentum machten.
    Physiker streiten darüber, ob der Grund für die Schräglage bezüglich der Tiefe des Tunnels ein geologischer war oder ob das den Zweck haben sollte, die Strahlung weiter abzulenken. Tatsache ist aber, dass die Schräglage in beiderlei Hinsicht günstig ist. Das unebene Terrain war tatsächlich eine interessante einschränkende Bedingung für die Tiefe und Lage des Tunnels. Das unter dem CERN-Gelände liegende Gebiet besteht hauptsächlich aus