TEILCHENPHYSIK
Lupe für den Urknall
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bonn
astronews.com
4. Juli 2007

Am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf entsteht derzeit mit dem Large Hadron Collider (LHC) der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Teil des multinationalen Projekts ist der Großdetektor ATLAS, in dessen Innerstes jetzt ein an der Universität Bonn mit Partnern in aller Welt entwickelter "Pixeldetektor" eingebaut wurde - nach mehr als zehn Jahren Entwicklungsarbeit. Das Instrument wird dazu dienen, Reaktionen zu untersuchen, wie sie auch kurz nach dem Urknall stattgefunden haben.

So genau hat noch nie jemand den Urknall unter die Lupe genommen: Der Protonenbeschleuniger LHC liegt in einem kilometerlangen Tunnelsystem rund 100 Meter unter der Erdoberfläche. Er wird noch im Laufe dieses Jahres fertig gestellt werden und soll Anfang 2008 den Betrieb aufnehmen. Wenn in ihm Protonstrahlen zusammenstoßen, werden enorme 14 Tera-Elektronenvolt frei - weit mehr Energie, als je ein vom Menschen gebauter Beschleuniger erzeugt hatte.

Damit können im LHC die Bedingungen nachgestellt werden, die unmittelbar nach dem Urknall die Entwicklung des Universums bestimmten. Um die energiereichen Reaktionen von Elementarteilchen gewissermaßen mit 80 Millionen Argus-Augen aus unmittelbarer Nähe zu beobachten, setzten Techniker und Wissenschaftler jetzt in das Herz des ATLAS-Detektors den Pixeldetektor ein. Er wurde in nationaler und internationaler Zusammenarbeit unter führender Beteiligung von Bonner Physikern entwickelt.

"In solch frühe Urzeiten ist noch kein Experiment vorgestoßen", freut sich Professor Dr. Norbert Wermes vom Physikalischen Institut der Universität Bonn der das Pixeldetektor-Projekt der Universität Bonn leitet. Der Physiker erwartet neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Beschaffenheit der Elementarteilchen. "Vielleicht entdecken wir ja sogar bisher unbekannte Phänomene wie das Auftreten supersymmetrischer Teilchen", so Wermes. Sie könnten Licht in das Rätsel der Dunklen Materie im Universum bringen.

Der Detektor funktioniert ähnlich wie eine Digitalkamera, jedoch nehmen die 80 Millionen aktiven Zellen keine Bilder auf. Vielmehr vermessen sie die Spuren der "Trümmer", die in nur wenigen Zentimetern Entfernung bei der Kollision von extrem beschleunigten Teilchen entstanden sind. "Um sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, müssen wir die Spuren von etwa 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde mit einer Genauigkeit kleiner als eine Haaresbreite erfassen", erklärt Wermes.

Während der Entwicklung des Detektors betraten die Physiker in vielen Bereichen technisches Neuland. Unter deutscher Federführung wurden strahlenresistente Pixelsensoren und eine extrem schnelle Ausleselektronik entwickelt. Für die elektrische Verbindung dieser Sensoren wurde in Deutschland eine neuartige Mikro-Verbindungstechnologie weiterentwickelt, und für den sehr präzisen Aufbau wurden neue Wege in der Leichtbauweise beschritten.

Mit dem Einbau des ATLAS-Pixeldetektors kommt ein internationales Gemeinschaftsprojekt der Grundlagenforschung auf höchstem technologischem Niveau nach zehn Jahren zu einem erfolgreichen Abschluss. Der Pixeldetektor wurde mit Beteiligung der Universitäten Bonn, Dortmund, Siegen und Wuppertal gebaut. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützte die Arbeit mit rund 10 Millionen Euro. Am gesamten ATLAS-Experiment beteiligen sich 13 deutsche Hochschulen, das Max-Planck-Institut für Physik sowie das Deutsche Elektronen Synchrotron DESY. Für die Förderung der beteiligten Hochschulen hat das BMBF im vergangenen Jahr einen Forschungsschwerpunkt eingerichtet, in dem die besten deutschen Forschergruppen Spitzenforschung auf internationalem Niveau betreiben.