Nächster Halt: Urknall - Acht Fragen an die größte Maschine der Welt

Kann man den Urknall simulieren?

Exakt 26 659 Meter misst der Tunnel. Um ihn herum stehen Tausende Tonnen Hightech. Alles zusammen gehört 20 Nationen. Was mehr als 10 000 Wissenschaftler aus 85 Ländern hier an Daten und Ergebnissen produzieren, ist frei verfügbar. Schon das allein macht den Large Hadron Collider (LHC) auf dem Gelände des Europäischen Kernforschungszentrums CERN einzigartig. Doch was passiert genau in der riesigen Anlage?

Hier werden gleich mehrere Welt- und All-Rekorde gebrochen. Dabei macht die Maschine nichts weiter, als winzige Teilchen auf 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und anschließend gegeneinander prallen zu lassen. Eine Art millionenfacher Crash-Test in jeder Sekunde, jahrelang. Meist handelt es sich bei den Teilchen um einzelne Protonen, also Bauteilen des Atomkerns. Etwas, aus dem jeder von uns und alles um uns herum besteht. 11 245-mal pro Sekunde rasen die Teilchen durch den Beschleunigerring. Die schnellsten Ausdauerläufer der Welt bräuchten für eine einzige Runde etwa 80 Minuten. Durch immer stärkere Kollisionen in der Teilchen-Rennbahn erhoffen sich die Wissenschaftler Aufschluss über den Ursprung unserer Welt - und tasten sich im LHC Schritt für Schritt an den Urknall heran. Was sie dabei entdecken, kann unser Weltbild ins Wanken bringen.

Warum ist es unmöglich, so schnell wie das Licht zu sein?

Ein geladenes Teilchen zu beschleunigen, funktioniert immer nach demselben physikalischen Prinzip: Gleiche elektrische Ladungen stoßen sich ab, unterschiedliche ziehen sich an. Die Physiker schalten in der Anlage also
immer wieder ein abstoßendes positives Feld hinter, und ein anziehendes negatives Feld vor die positiv geladenen Protonen. Als „Beschleunigungsmaterial" für den Ring dient normaler Wasserstoff. Elektrische Spannung löst das Elektron vom Wasserstoffatom. Übrig bleibt nur noch dessen Kern, also ein Proton. Mehrere kleinere Vorbeschleuniger bringen die so separierten Teilchen bereits auf 99,9998 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Doch erst der große LHC schafft den nur scheinbar minimalen Sprung auf 99,9999991 Prozent. Warum ist das so schwierig?

Je mehr man sich der absoluten Geschwindigkeits-Obergrenze von 299 792 458 Metern pro Sekunde (die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum) nähert, desto mehr Energie muss in die Beschleunigung gesteckt werden. Einstein sagt: Um 100 Prozent Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, braucht man theoretisch unendlich viel Energie, da sich die Masse jedes Körpers dann ebenfalls unendlich erhöht. Die Teilchen rasen nun in zwei parallel verlaufenden Stahlrohren mit einem Innendurchmesser von 5,6 Zentimetern in entgegengesetzte Richtung. An vier Stellen - an denen die Detektoren sind - können sich die zwei Teilchen-Strahlen kreuzen. Sie bestehen eigentlich aus insgesamt 2808 Einzelpaketen mit jeweils 115 Milliarden Protonen. Fliegen zwei Pakete ineinander, gibt es im Schnitt gerade einmal 20 Treffer. Der Rest fliegt einfach aneinander vorbei, so leer ist der Raum dazwischen. Die Trefferquote liegt bei rund 1:5,75 Milliarden, ein Sechser im Lotto klappt schon mit einer Chance von 1:14 Millionen.