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Blick in den bestehenden 120 Meter langen Linearbeschleuniger UNILAC der Gesellschaft für Schwerionenforschung

Foto: AP Photo/GSI, Achim Zschau
Darmstadt - Mit dem Teilchenbeschleuniger FAIR, der bis 2015 in Darmstadt gebaut werden soll, wachsen die Chancen, grundlegenden Fragen um den Aufbau der verschiedenen Varianten der Materie zu klären. "Wir bekommen hier ein Labor, in dem man die Physik des Universums nachbilden kann", erklärt Horst Stöcker, wissenschaftlicher Leiter der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), die das Projekt in den vergangenen Jahren konzipiert hat.

Die Leistungsfähigkeit von FAIR, von den Physikern als "Intensität" bezeichnet, werde um den Faktor 100 bis 1.000 höher liegen als die aller bisherigen Teilchenbeschleuniger, erklärt der Physiker. "So kann man auch ganz seltene Phänomene untersuchen."

Aufbau

FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research" (Anlage für Antiprotonen- und Ionenforschung). Kern der Anlage wird ein Doppelringbeschleuniger mit einem Umfang von 1,1 Kilometern sein. Dicke Betonwände werden die darin herrschende Strahlung von der Umwelt abschirmen. Zudem wird der Teilchenbeschleuniger 20 Meter tief in der Erde vergraben. Blei- oder Goldionen kann die Anlage auf 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bringen.

Um sicherzustellen, dass die rasenden Teilchen ungestört kreisen können, wird im Beschleuniger ein extremer Unterdruck herrschen. Mehrere tausend Pumpen sorgen für ein Vakuum, wie es sonst nur im Weltraum existiert, wie der GSI-Chef erklärt. An den Superbeschleuniger angeschlossen sind eine ganze Reihe von Detektoren und Speicherringen, in denen die Forscher die Elementarteilchen tage- oder wochenlang kreisen lassen und untersuchen können. Bis zu vier große physikalische Testreihen gleichzeitig werden so möglich.

Ehrgeizige Vorhaben

"Wir versuchen, die Schöpfungsgeschichte im Labor nachzustellen", erklärt Stöcker. Dabei geht es im wesentlichen um die ersten Minuten nach dem Urknall. Damals bildeten sich aus reiner Energie die ersten Elemente der Materie: Zunächst die Quarks als kleinste Bausteine, aus ihnen dann Protonen und Neutronen sowie schließlich Atomkerne. Aber auch der Entstehung besonders schwerer Elemente wollen die Physiker experimentell nachgehen. So wollen die Forscher Bedingungen simulieren, wie sie in ehemaligen Sonnen, den sogenannten Supernovae, herrschen.

Auch dem Wesen der Antimaterie wollen die Wissenschafter auf den Grund gehen. Für die Physiker ist heute klar, dass es in der Frühzeit des Universums gleich viel Materie wie Antimaterie gegeben haben muss, aufgebaut aus Antiquarks und Antiprotonen. Doch während die Materie bis heute überdauert und im Universum Sterne und Planeten gebildet hat, ging die Antimaterie offenbar bereits in den ersten Minuten nach dem Urknall verloren.

Produktion von Anti-Elementen

Bereits vor mehr als zehn Jahren gelang es Wissenschaftern am CERN, Antiwasserstoff und damit erstmals vollständige Atome aus der seltsamen Gegenwelt zu erzeugen. Näher untersucht werden konnten die Antiatome jedoch nicht. In Darmstadt sollen nun erstmals große Mengen Antimaterie erzeugt und für eine systematische Untersuchung eingefangen werden. "Wir wollen Fallen bauen, in denen man die festhalten kann", erklärt der wissenschaftliche Leiter der GSI, der auch schon die Herstellung von Antihelium und Antilithium anpeilt.

Im Herstellen von neuen Elementen haben die Darmstädter Forscher bereits einige Erfahrung. In den vergangenen Jahrzehnten haben Physiker der Gesellschaft für Schwerionenforschung durch Verschmelzung von Atomkernen insgesamt sechs neue chemische Elemente erzeugt. Im kommenden Jahr wollen die GSI-Experten versuchen, auch das superschwere Element 120 herzustellen. Doch FAIR, erklärt der GSI-Chef, werde die Möglichkeiten um ein Vielfaches erweitern: "Wir stoßen in völlig neue Dimensionen vor."

Finanzierung

Insgesamt 15 Länder - darunter Deutschland, China, Indien, Frankreich, Großbritannien und Russland - wenden 1,2 Milliarden Euro auf, um das ambitionierte Projekt Wirklichkeit werden zu lassen - dazu kommen Kosten von weiteren 118 Millionen Euro pro Jahr für den laufenden Betrieb. Rund 65 Prozent der Aufwendungen übernimmt die deutsche Bundesregierung, zehn Prozent das Land Hessen. Die restlichen 25 Prozent steuern die übrigen Partnerländer bei.

Rund 2.500 Wissenschafter werden künftig pro Jahr an dem Superbeschleuniger arbeiten und forschen, darunter 600 bis 800 Doktoranden. "Die besten Studierenden werden sich hier in Darmstadt versammeln", verkündet der GSI-Chef stolz. Die Forscher werden sich in erster Linie mit jenen grundlegenden physikalischen Vorgängen befassen, die der Geschichte des Universums vor etwa 15 Milliarden Jahren die Richtung gegeben haben. (APA/AP)