Auf der Suche nach der Dunklen Materie

Bruchsal (Pf). Im Mai 2017 trafen sich wieder die Schülerinnen und der Schüler der beiden Oberstufenkurse im Fachbereich Physik des HBG Karlsruhe und des HBG Bruchsal zur Exkursionsreise in die Schweiz zum Forschungszentrum CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire) in der Nähe von Genf.

Am CERN wird physikalische Grundlagenforschung betrieben, insbesondere wird mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger der Aufbau der Materie erforscht. Der derzeit bedeutendste ist der LHC (Large Hadron Collider), der 2008 in Betrieb genommen wurde. Derzeit hat das CERN 22 Mitgliedstaaten. Mit etwa 3.200 Mitarbeitern ist das CERN das weltweit größte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Über 10.000 Gastwissenschaftler aus 85 Nationen arbeiten an CERN-Experimenten.

Nachdem alle beteiligten Schüler in Karlsruhe angekommen waren, führte die Fahrt mit dem Bus zunächst nach Winterthur, wo wir für zwei Stunden im Technorama die Gelegenheit hatten, physikalische Experimente in den verschiedensten Bereichen, verteilt auf drei Etagen, durchzuführen. Dabei waren die Versuche zum Drehmoment, Magnetismus, gekoppelte Pendel und Starkstromversuche die Favoriten. Dass die beteiligten Lehrer über die erste Etage nicht hinauskamen, spricht eindeutig für deren Spieltrieb!

Im Anschluss ging die Fahrt weiter nach Meyrin, bzw. St Genis, wo wir uns im Hotel einquartierten. Nach einem gemeinsamen Abendessen verteilten sich alle Teilnehmer auf ihre jeweiligen Zimmer und es war wohl der Müdigkeit geschuldet, dass bald nichts mehr zu hören war.
Am zweiten Tag brachte uns der Bus am Morgen zum CERN, wo wir Prof. Thomas Müller kennen lernten, der schon von Beginn an am CERN arbeitet und der uns im Verlauf des Vormittags noch viele interessante Einblicke in die grundsätzlichen und zeitaktuellen Arbeiten der einzelnen Abteilungen ermöglichte.

Nach einer kurzen Einführung hatten wir die Gelegenheit, mit einem Fahrstuhl in den ca. 150m tiefgelegenen Tunnel zu fahren. Da zu dieser Zeit allerdings Versuche gefahren werden war es uns leider nicht vergönnt, den Teil des Experiments zu sehen, innerhalb dessen die Kollisionen der Teilchen stattfinden und vermessen werden. Es handelt sich dabei um einen riesigen Detektor (CMS).

Der Name des Detektors beschreibt sein Design:
•compact: seine relativ geringe Größe (Zylinderform, 21 m lang, 15 m Durchmesser, ca. 14.000 Tonnen) im Vergleich zu den anderen Experimenten am LHC
•myon: seine Fähigkeit, Myonspuren besonders gut zu vermessen
•solenoid: seinen starken Solenoidmagneten (13 m lang, 6 m Durchmesser, Flussdichte der gekühlten supraleitenden Niob-Titan-Spule max. 4 Tesla).
Der Magnet ermöglicht – wie bei den meisten anderen Detektoren – die Bestimmung des Verhältnisses von Ladung zu Masse durch Messung der Krümmung der Teilchenspur im Magnetfeld, ähnlich wie bei einem Massenspektrometer.

Nach einem kurzen Vortrag von Prof. Müller über die wesentlichen Untersuchungseigenschaften des CMS wurden wir zu einer weiteren Messeinrichtung des CERN gebracht. Dabei handelt es sich um die Kontaktstation zum AMS, dem Alpha Magnetic Spektrometer auf der internationalen Raumstation ISS. Hier soll die Zusammensetzung der kosmischen Höhenstrahlung vermessen werden, um dem Mysterium der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen. In einem kleinen Vortrag einer Mitarbeiterin wurden wir mit den aktuellsten Ergebnissen der Station und auch über die weitere Nutzung informiert. Auf einem Bildschirm konnte man den zeitaktuellen Arbeitsprozess auf der ISS verfolgen. Bzgl. der Dunklen Materie gibt es bisher allerdings noch keinen gewinnbringenden Nachweis ihrer Existenz.

Den Rest des Tages verbrachten wir in Genf wo wir u.a. die Kathedrale besichtigen konnten, die einen unvergesslichen Blick über diese exklusive Stadt ermöglichte.
Am darauffolgenden Tag hatten wir die Möglichkeit das Palais des Nations in Genf zu besichtigen, ein zwischen 1929 und 1938 gebauter Gebäudekomplex im Ariana-Park, der von 1933 bis zur Auflösung des Völkerbundes im Jahr 1946 der Hauptsitz dieser Institution war. Das Palais des Nations wurde nach der Gründung der Vereinten Nationen (UN) als faktische Nachfolgeinstitution des Völkerbundes von der UN ebenfalls weitergenutzt und ist seit dem 1. August 1946 in deren Besitz. Seit 1966 ist das Palais des Nations der europäische Hauptsitz der Vereinten Nationen und weltweit der zweitwichtigste Sitz der UN nach dem Hauptquartier in New York. Jährlich finden im Genfer Hauptquartier der Vereinten Nationen etwa 8.000 Treffen statt, davon ca. 600 größere Konferenzen. Im Verlauf unserer Führung hatten wir die Möglichkeit, mehrere Konferenzräume zu besichtigen, darunter auch den großen Plenarsaal, der vielen von uns durch Nachrichtensendungen schon bekannt war. Den Abschluss der Reise bildete eine kurze Stippvisite in der malerischen Stadt Murten im Schweizer Kanton Freiburg, wo uns auf der historischen Stadtmauer ein herrlicher Anblick über die Altstadt erwartete.

Fotos: Pf