Planckton

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Immer neue Verzögerungen am Cern

Mit dem Teilchenbeschleuniger LHC am Cern ist es zur Zeit wie mit der Wirtschaftskrise, eine Hiobsbotschaft jagt die nächste. Jetzt heißt es, dass der Betrieb...

Mit dem Teilchenbeschleuniger LHC am Cern ist es zur Zeit wie mit der Wirtschaftskrise, eine Hiobsbotschaft jagt die nächste. Jetzt heißt es, dass der Betrieb möglicherweise erst 2010 fortgesetzt wird. Dabei hatte alles so gut ausgesehen! Am 10. September, als erstmals ein Strahl durch den ringförmige Röhre im Tunnel lief, funktionierte noch alles viel besser als erhofft. Ganze zwei Tage lang, bis das Kühlsystem teilweise ausfiel, woraufhin der Beschleuniger erst einmal abgeschaltet werden musste. Seit diesem Moment kamen eigentlich nur noch schlechte Nachrichten vom Cern.

Das Kühlsystem ist so wichtig, weil der Protonenstrahl nur mittels Magnetfeldern auf seiner Umlaufbahn gehalten wird. Da die Teilchen im LHC mit nie zuvor erreichten Geschwindigkeiten umlaufen sollen, müssen diese Magnetfelder unheimlich stark sein. Darum hat man sich bei der Konstruktion des LHC für supraleitende Elektromagneten entschieden, also für Magnetspulen, die den Strom ohne Widerstand leiten. Dafür müssen sie mit flüssigem Helium auf Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes gekühlt werden. Aber selbst dann ist die Supraleitung nur bei relativ kleinen Strömen unproblematisch. Bei stärkeren Strömen besteht das Risiko, dass kleinste Unregelmäßigkeiten im Material zu winzigen elektrischen Widerständen führen. Dadurch entsteht Wärme, und dann bricht ringsum alles zusammen, weil das System vom supraleitenden in den normal leitenden Zustand übergeht. Darum müssen die Magnete einzeln für starke Ströme „trainiert“ und auch der zusammengebaute Beschleuniger Sektor für Sektor getestet werden.

Das war bei allen Abschnitten des LHC bis auf einen schon vor dem 10. September erledigt worden. Als das Kühlsystem am 19. September schließlich wieder funktionierte, wollte man noch den letzten Teil des LHCs, den Sektor 3-4, bei Starkstrom testen. Doch dann nahm die Katastrophe ihren Lauf: In einer schadhaften Verbindung zwischen zwei Magneten entstand ein winziger elektrischer Widerstand, und die Schnittstelle heizte sich auf. Vermutlich brannte sie dann durch, ähnlich wie eine Glühbirne. Der starke Strom bildete einen elektrischen Bogen durch das Kühlhelium, wobei der Heliumbehälter beschädigt wurde, so dass sechs Tonnen Helium in das äußere Vakuum entwichen. Das wäre alles schon schlimm genug gewesen, aber zu allem Unglück machte sich an dieser Stelle noch ein Konstruktionsfehler bemerkbar: Die für solche Fälle vorgesehenen Sicherheitsventile öffneten sich zwar, waren aber zu klein. Dadurch breitete sich eine Druckwelle über Hunderte von Metern aus und beschädigte Dutzende von Magneten.

So kam es, dass immer neue Verzögerungen gemeldet werden mussten. Zunächst rechnete man nur mit zwei Monaten Reparaturzeit – diese Zeit wäre nötig gewesen, um die Maschine vorsichtig aufzuwärmen, die schadhafte Verbindung auszutauschen, und alles wieder abzukühlen. Dann stellte man fest, dass unzählige Magneten repariert werden müssen. Das verschob den Neustart auf März 2009, nach der ohnehin vorgesehenen Winterpause. Als nächstes schaute man die aufgezeichneten Messdaten genauer an und stellte fest, dass die letztlich fatale Wärmeentwicklung sich bereits vor dem Vorfall bemerkbar gemacht hatte – und dass auch an anderen Schnittstellen Ähnliches passieren könnte. Also muss der LHC beim Wiederanschalten des Stroms Abschnitt für Abschnitt nach kleinsten Wärmequellen abgesucht werden, und generell soll jetzt das Sicherheitssystem erweitert werden, um solche Warnsignale frühzeitig zu registrieren und darauf zu reagieren. Das dauert mindestens bis Spätsommer 2009. Und schließlich müssen irgendwann sämtliche Sicherheitsventile ausgewechselt werden, damit im Falle eines Falles nicht wieder der halbe Beschleuniger zerstört wird. Sollte man sich am Cern entscheiden, ganz auf Nummer sicher zu gehen und auch das vor der nächsten Inbetriebnahme zu erledigen, würde frühestens im Frühjahr 2010 wieder ein Protonenstrahl umlaufen. Bis das Gerät richtig eingestellt und geeicht ist, und die Magnete für den Betrieb bei maximaler Energie – also einer Strahlenergie von rund 7 Billionen Elektronenvolt (TeV) – trainiert sind, könnte leicht ein weiteres Jahr vergehen. In diesem Fall würden die richtig aufregenden Messungen wohl erst 2011 beginnen.

Die Entscheidung, ob man im Herbst 2009 wenigstens einen Teststrahl anstrebt, um weitere Fehlerquellen auszuschließen, wird wohl spätestens nächsten Februar fallen. In jedem Fall ist weiter Geduld gefragt, bis wir wissen, wohin die physikalische Reise geht; im nächsten Jahr ist am Cern jedenfalls nicht mit Nachricht von Higgs-Teilchen, Supersymmetrie oder zusätzlichen Raumdimensionen zu rechnen. Schade, dass die Probleme nicht so einfach zu beheben sind wie 1996, als nach einem Upgrade der alte Teilchenbeschleuniger am Cern, LEP, einfach nicht mehr richtig funktionieren wollte. Es stellte sich dann heraus, dass zwei Bierflaschen die Strahlröhre verstopften, nach einer Woche lief der Beschleuniger wieder. Das waren noch Zeiten.