Darmstädter Teilchenbeschleuniger: Das Universum im Labor



mitten drin

Stand: 21. Februar 2023, 19:09 Uhr

In Darmstadt entsteht ein neuer großer Teilchenbeschleuniger. Anders als am CERN in Genf werden dort schwere Teilchen beschleunigt. Neben der Grundlagenforschung werden auch praktische Anwendungen wie die Krebsbehandlung durchgeführt.

Alex Jakubowski, Personalabteilung

Der Eingang zum neuen Teilchenbeschleuniger ist noch immer hinter einer großen Plastikplane verborgen. Wenn man es wegschiebt, öffnet sich der Eingang zu einem riesigen unterirdischen Labor. Darmstädter Wissenschaftler erforschen rund 20 Meter unter der Erde die Geheimnisse des Universums.

Auf einer der weltweit größten wissenschaftlichen Baustellen wird seit 2017 ein neuer Teilchenbeschleuniger gebaut. Der hier verwendete Beton entspricht acht Frankfurter Fußballstadien und der Stahl entspricht neun Eiffeltürmen.

600.000 Kubikmeter Beton, 65.000 Tonnen Stahl

Ein Rundtunnel für technische Anlagen sowie mehrere weitere große Hallen wurden bereits errichtet. Wissenschaftler bezeichnen eine von ihnen respektvoll als „Kathedrale“. Wie die anderen Räume leuchtet es weiß und wartet auf die Installation eines komplexen Geräts, das ab 2028 Ionen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und mit ihnen kollidieren soll.

Forscher können Partikel auf eine Materieprobe abfeuern und so am winzigen Einschlagpunkt für kurze Zeit kosmisches Material erzeugen. Im Grunde wollen sie die Ergebnisse des Urknalls untersuchen und herausfinden, wie neue Teilchen und Materie entstehen.

Die derzeit im Bau befindliche Anlage trägt den Namen FAIR (Antiproton and Ion Research Facility) und ist an das 1969 gegründete Geographische Vermessungsinstitut Helmholtz-Schwerteilchenforschungszentrum angeschlossen. Ein dortiger Linearbeschleuniger wird es den Ionen ermöglichen, ihre Grundgeschwindigkeit zu erreichen, und dann wird ein neuer Ringbeschleuniger sie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit bringen, also fast 300.000 Kilometer pro Sekunde.

Linearbeschleuniger am GSI Helmholtz-Schwerionenforschungszentrum. Jetzt müssen wir das Ion auf seine Grundgeschwindigkeit bringen.

„Das ist unvorstellbar“, gibt Ingo Peter zu. Er ist selbst Physiker und arbeitet in den Nachrichtenredaktionen von FAIR und GSI. „Wir können es uns nicht einmal vorstellen oder verstehen. Aber wir können damit umgehen, wir können recherchieren und es technisch umsetzen. Aber in unseren Herzen… Und niemand kann es wirklich, wirklich verstehen“, sagt Peter.

Neue Elemente – darunter das Darmstadium

In der Vergangenheit haben Wissenschaftler in der bestehenden GSI-Anlage sechs neue Elemente des Periodensystems entdeckt. Die Elemente 107 bis 112 ergänzen die aus der Schule bekannte Tafel inklusive Darmstadium. Es entstand durch die Verschmelzung zweier chemischer Elemente.

„Wir wollen auch mit neuen Teilchenbeschleunigern Materie erzeugen, die es nur im Universum gibt“, sagt Ingo Peter. „Dann können wir den Weltraum in einem Labor auf der Erde erkunden.“

In der Anlage werden künftig 3.000 Wissenschaftler aus mehr als 50 Ländern Experimente durchführen. Neben der Grundlagenforschung müssen auch bereits entwickelte Anwendungen modifiziert werden. Beispielsweise wurden von 1997 bis 2008 440 Krebspatienten mit den hier erzeugten Ionenstrahlen zur Behandlung von Hirntumoren behandelt. Dies geschieht derzeit beispielsweise in einer deutlich kleineren Anlage am Universitätsklinikum Heidelberg.

Krebsforschung Entwickeln

Darmstädter Forscher entwickeln derzeit eine Methode, um mobile Tumore, etwa in der Lunge, mit Ionenstrahlen zu bestrahlen. Dazu muss der Strahl genau eingestellt und an die durch die Atmung verursachten Bewegungen der Lunge angepasst werden. „Wir müssen den vom Teilchenbeschleuniger kommenden Ionenstrahl so bewegen, dass er sich der Bewegung des Tumors anpasst“, erklärt der Physiker Peter.

Zwei Mitarbeiter analysieren Gewebeproben, die einem Ionenstrahl ausgesetzt wurden.

Darüber hinaus untersuchen Wissenschaftler gemeinsam mit der ESA, wie sich kosmische Strahlung beispielsweise auf Astronauten bei Flügen zum Mond oder Mars auswirkt. Auch wenn es noch Zukunftsmusik ist, sagt Peter: „Die Menschheit plant eine solche Mission, und unsere Mission ist es, die Auswirkungen dieser kosmischen Strahlung zu untersuchen.“

Dazu bestrahlen Laborwissenschaftler eine Zellprobe mit einem konzentrierten Ionenstrahl. Der daraus resultierende Schaden wird später dazu beitragen, einen angemessenen Schutz für Astronauten zu entwickeln. Als ob Science-Fiction endlich Realität wird.



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