Was die Welt im Innersten zusammenhält

Von: Guido Jansen
Letzte Aktualisierung:
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Ein Haus voller Magnete: 37 Tonnen schwer sind die 22 Dipolmagnete, die gerade am Forschungszentrum Jülich vorbereitet werden, um nach Darmstadt transportiert zu werden. 22 Magnete haben das FZJ schon verlassen.
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So sieht ein Dipolmagnet von vorne aus: Zwei massive Spulen bilden die Pole, in der Mitte befindet sich das Vakuumrohr, durch das die Teilchen geschossen werden.

Jülich. Vielleicht wäre Goethe heute Kernphysiker. Universalgenie war er ja in jedem Fall. Er hat seinen berühmtesten Charakter etwas sagen lassen, was heute sozusagen das Motto der Kernphysik ist. „Dass ich erkenne, was die Welt im Innersten zusammenhält“, sagt Faust zu Beginn der gleichnamigen Tragödie erster Teil.

„Warum fliegen die positiv geladenen Bausteine eines Atoms nicht auseinander“, formuliert Raimund Tölle vom Institut für Kernphysik am Forschungszentrum Jülich das Faust-Anliegen als Frage neu. Für die Suche nach dem, was die Welt im Innersten zusammenhält, leisten die Jülicher Kernforscher aktuell wieder einen großen, schwer wiegenden Beitrag. 64 Millionen Euro schwer ist die Förderung des Bundes für das Projekt, und 44 mal 37 Tonnen.

44 sogenannte Dipolmagneten, also Magneten mit zwei Polen, bereiten die Jülicher Kernforscher für den Teilchenbeschleuniger im Hochenergiespeicherring (HESR) vor, der in Darmstadt gebaut wird. „Das wird in ihren Dimensionen eine europaweit einmalige Anlage im Bereich der physikalischen Grundlagenforschung sein“, sagt Dr. Ralf Gebel, der kommissarische Leiter des Jülicher Instituts für Kernphysik. Die Magneten wurden in Frankreich nach Plänen aus dem Forschungszentrum gefertigt und im Stetternicher Forst für den späteren Einsatz im HESR konfiguriert. 22 Magneten sind mittlerweile mit Schwertransporten nach Darmstadt gebracht worden. Jetzt warten die Jülicher Kernphysiker auf die neue Genehmigung für den Transport durch Hessen. Die steht noch aus. Aufgrund von Lagerproblemen in Darmstadt konnten die Dipolmagneten nicht „in einem Rutsch“ ausgeliefert werden.

Start vielleicht im Jahr 2022

Wenn die Magnete in Jülich das Tor des Forschungszentrums passiert haben, endet die Aufgabe für die Kernphysiker im FZJ nicht. Sie sind in den kommenden Jahren auch dafür zuständig, den Teilchenbeschleuniger in Darmstadt ans Laufen zu bringen. Der Spatenstich für den HESR-Gebäudekomplex ist geplant für 2020, ab 2021 könnten die Jülicher Experten mit dem Installieren der Anlage beginnen, 2022 könnte der Beschleuniger starten.

Der Grundriss des Beschleunigers gleicht der 400-Meter-Bahn einer Leichtathletik-Anlage, allerdings ist die Strecke 600 Meter lang, die die Teilchen ab 2022 nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zurücklegen sollen. Jeder der 44 Magneten ist entsprechend leicht gekrümmt. Sie beschleunigen die positiv oder negativ geladenen Teilchen und halten sie auf Kurs. Dazu kommen kleinere vier- und sechspolige Magneten, die in den Speicherring eingebaut werden. Auch die werden in Jülich vorbereitet. Großer Aufwand für kleine Teilchen.

Aus Sicht von Tölle und Gebel absolut notwendiger Aufwand. „Das ist Grundlagenforschung, für die man Geld in die Hand nehmen muss“, sagt Tölle und zählt ein Beispiel auf: die Entdeckung des Eigendrehimpulses von Atomkernen in den 30er- und 40er Jahren. Es habe bis in die 70er- und 80er Jahre gedauert, bis dass es Vorträge über bildgebende Verfahren in der Medizin wie die Kernspinresonanztomographie gegeben habe.

„Heute nennt sich das MRT, damit die Patienten keine Scheu vor diesen Verfahren haben, weil Worte wie Spin und Kern in den Bezeichnungen enthalten sind“, erklärt Tölle. Fast 50 Jahre habe es gedauert von der Entdeckung des Kernspin-Effekts im Zuge von Grundlagenforschung und einem konkreten Nutzen, der aus dem Phänomen gewonnen werden konnte. „Wenn ein Phänomen entdeckt wird, dann steht nicht drauf, wofür es später mal genutzt werden kann“, führt Tölle fort.

Wichtig sei, dass Wissenschaftler permanent daran arbeiten können, gängige Theorien zu widerlegen. „Und für genau diese Suche nach Widersprüchen brauchen wir immer bessere Werkzeuge“, erklärt Gebel, warum HESR für die Kernphysik ein wichtiger Fortschritt ist. Die Teilchen werden beschleunigt, weil sich unterschiedliche Ladungen anziehen. Sie fliegen also auf eine gegensätzlich geladene Metallplatte zu. „Und dann ist da ein Loch in der Platte, und die Teilchen fliegen hindurch. Im Beschleuniger ist es ähnlich, die Teilchen kommen immer wieder an der Beschleunigungsstelle vorbei und erreichen schließlich fast Lichtgeschwindigkeit“, erklärt Tölle.

Beschleunigt werden müssen die Teilchen so stark, weil so die einzelnen Bestandteile für die Forscher identifizierbar werden. Je mehr Beschleunigung, desto größer ist die Trennschärfe beim Erkennen der Bestandteile. Der Darmstädter Speicherring kann auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigen als COSY, der Teilchenbeschleuniger in Jülich. Und deswegen leistet HESR einen weiteren Schritt auf dem unendlich langen Weg zu erkennen, was die Welt im Inneren zusammenhält.

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