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Physik-Exkursion: auf der Suche nach den Higgs-Teilchen im CERN

Auf den Weg nach Genf machte sich eine etwa 30-köpfige Gruppe um in die Welt der Teilchenphysik einzutauchen. Organisiert und begleitet wurde die Fahrt von Christian Schneider vom PRISMA Coordination Office der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) Mainz. Die Gruppe bestand aus Schülern, Studenten, Abiturienten, Lehrern und Professoren aus verschiedenen Regionen, darunter auch Herr Beherzig, Geschäftsführer und Lehrer in den Fächern Kommunikationstechnik, Physik und Mathematik an der PHS, zusammen mit drei seiner Schüler der Medien-Oberstufe: Yannik Kolb, Marc Müller und Manuela Prokopp.

Das Europäische Labor CERN ist das größte Forschungszentrum für Teilchenphysik weltweit.
In dem riesigen Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) werden Protonen, nachdem sie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden, aufeinander geschossen. Bei der Kollision miteinander entstehen neue Teilchen, die die Wissenschaftler erforschen. Dazu benötigt man verschiedene Beschleuniger und Detektoren mit großen Magneten und präziser Messinstrumente. Die Detektoren messen, welche neuen und anderen Teilchen bei den Kollisionen entstehen, wie schwer sie sind und in welche Richtung sie davon fliegen. Aus diesen Spuren und Trümmern der Zusammenstöße können die Wissenschaftler dann genau rekonstruieren, was in den Bruchteilen einer Sekunde passiert, die so eine Kollision dauert. (40mio k pro sek)

Regelmäßige Wartungsarbeiten sind notwendig um die gigantischen Maschinen intakt zu halten und haben den angenehmen Nebeneffekt Besichtigungen im Untergrund zu ermöglichen. Dies geschieht erst wieder in 18 Jahren, daher sind die Teilnehmer stolz diese einmalige Gelegenheit nutzen zu dürfen. Nach einem Einführungsvortrag mit Lucia Masetti, Junior-Professorin der JGU, ist die Gruppe mit dem nötigen Grundwissen für die folgenden Besichtigungen ausgerüstet. Nach dem Besuch der „Microcosm“-Ausstellung geht es schon 100 Meter tief in die Erde um einen Teil des 27 Kilometer langen LHC zu besichtigen. LHCb wird dieser von vier Kollisionspunkten genannt und bietet den Schülern viel zu staunen. Aus jedem Winkel werden Fotos gemacht und der Besichtigungsführer erklärt wie hier das Verhalten von Teilchen und Anti-Teilchen mit Verwendung der sogenannten „Beauty-Quarks“ erforscht wird. Daher das „b“ im LHCb-Experiment.
Im CERN Control Center erfährt die Gruppe wie die Überwachung und Steuerung der Experimente funktioniert. Dann folgt die nächste Fahrt in den Untergrund, ganz bequem mit dem Fahrstuhl, um den CMS-Detektor kennenzulernen. Eine weitere hochkomplexe Erschaffung um Teilchen zu identifizieren und ihre Energien und Impulse genau zu messen.

Nach diesem Tag mit vollem Programm kehrt die Gruppe ins Hotel Ibis Budget Geneve Cointrin zurück um sich auf den folgenden Tag mit Abreise vorzubereiten. Der 7.Oktober ist der dritte und letzte Tag der kleinen Reise und beginnt mit der Besichtigung des ATLAS. Das ist neben dem CMS der neuere der beiden großen Detektoren am Teilchenbeschleuniger LHC, der die Teilchen nach einem ähnlichen Prinzip untersucht. Da diese Untergrundbesichtigung nur in kleineren Gruppen möglich ist teilen sich die Teilnehmer auf und es wird parallel eine Ausstellung im „Globe“ besichtigt, einem runden Gebäude voller Technik mit faszinierender Präsentation der Teilchenphysik am CERN. Bevor die Rückfahrt angetreten wird , darf die Gruppe noch einen Blick ins CERN Computing Center werfen und ein Halle mit Tausenden von Servern betrachten, die für die verschiedenen Netzwerke verantwortlich sind.

Nach dieser hochinteressanten Reise fragt man sich vielleicht wofür das alles ist?
Die „Teilchenexplosion“, die bei der Kollision von zwei Protonen entsteht, kommt der wissenschaftlichen Vorstellung des Urknalls sehr nahe. Die Frage warum wir existieren wird hiermit versucht zu beantworten. Die Wissenschaftler sind immer auf der Suche nach einer Antwort auf ihre Fragen. „Warum gibt es uns?“ ist nur eine davon. Sie fragen auch: „Warum sind Protonen stabil? Warum gibt es drei Teilchengenerationen? Woraus besteht dunkle Materie?“.
Die Frage „Was bestimmt die Masse der Elementarteilchen?“ konnte durch die Entdeckung des Higgs-Bosoms beantwortet werden, weil das Higgs-Bosom die Existenz eines Higgs-Feldes nachweist, das den Teilchen ermöglicht eine Masse zu haben. Dies war eine der größten Entdeckungen am CERN mithilfe des ATLAS-Detektors. Doch damit geben sie sich nicht zufrieden. Sofort entsteht wieder eine neue Frage: „Warum sind die Massen so unterschiedlich?“. An diesem Punkt heißt es : Willkommen in der Wissenschaft!

Die Teilchenphysik ist so komplex, dass es unmöglich ist jeden Winkel zu überblicken. Doch ein Einblick in diese spezielle Faszination hat sich definitiv für unsere Gruppe gelohnt und vielleicht wurde ja doch das ein oder andere Interesse geweckt.