CERN 2013

Wie man sieht, sieht man (fast) nichts –
LK Physik auf Kursfahrt zum CERN nach Genf

Das europäische Kernforschungszentrum CERN ist eine Großforschungseinrichtung bei Meyrin im Kanton Genf in der Schweiz. Es betreibt – in Zusammenarbeit von derzeit 20 europäischen Ländern – für physikalische Grundlagenforschung die größte von Menschen hergestellte Maschine, den Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider). Damit wird der Aufbau der Materie erforscht.

Im LHC werden Päckchen von Protonen in einem 27 km langen kreisförmigen Tunnel (ca. 100 m unter der Erdoberfläche) in zwei Strahlrohren in entgegengesetzter Richtung auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Haben sie ausreichende Energie erreicht, werden sie im Inneren eines der Detektoren aufeinander gelenkt. Bei dem Zusammenprall wird kurzzeitig auf sehr kleinem Raum extrem viel Energie freigesetzt, so dass Bedingungen wie kurz nach dem Urknall erzeugt werden. Dabei entstehen neue Elementarteilchen. So wurde dort bereits 2012 mit hoher Wahrscheinlichkeit das „Higgs-Teilchen“ nachgewiesen, das letzte noch fehlende Teilchen im sogenannten Standard-Modell der Elementarteilchenphysik.

UPDATE (8.10.): Peter Higgs und sein Kollege François Englert haben soeben den Nobelpreises für Physik 2013 für die theoretische Vorhersage dieses Teilchens vor 49 Jahren zugesprochen bekommen.

Luftbild CERN

Luftbild des LHC-Areals

Da der eigentliche Beschleuniger sich ca. 100 m unter der (hauptsächlich französichen, aber teilweise auch der schweizerischen) Erdoberfläche befindet, ist davon oberhalb nur indirekt etwas zu sehen. Das Hauptgelände des CERN befindet sich im Genfer Vorort Meyrin. In den Ausstellungen „Universe of Particles„ und „Microcosm“ erfährt dort man alles über die Arbeit der Wissenschaftler am CERN. Seit Juni 2013 gibt es außerdem an 10 Stufen des Beschleunigers oberirdische Informationsplattformen. Einige davon haben wir im Verlauf einer Fahrradtour besucht (siehe unten).

CERN

Hier ein paar Eindrücke aus den Ausstellungen:

Wodden Dome

The globe of science and innovation – das Informationszentrum des CERN

Unviverse1

Universe2

Das Modell zeigt einen Querschnitt des Beschleunigers. Die kleinen Röhren in der Mitte sind die beiden Strahlrohre, in denen die Protonen kreisen. Unmittelbar darum sieht man die supraleitenden Ablenkmagnete (Temperatur: 1,9 K = – 271°C).

Magnet

Das World Wide Web wurde 1989 am CERN „nebenbei“ von Tim Berners-Lee erfunden. Das ursprüngliche Ziel des Systems war es, Forschungsergebnisse auf einfache Art und Weise mit den mehreren tausend Kollegen auszutauschen. Hier sieht man den ersten WWW-Server zusammen mit der Arbeit von Tim Berners-Lee, die das Konzept beinhaltet. (Man beachte den Klebe-Zettel.)

1. WWW-Server

Hier sieht man noch einmal den Beschleuniger-Ring im Querschnitt:

Querschnitt1

Querschnitt2

Es gibt entlang des LHC vier „Detektoren“ für die Elementarteilchen, die verschiedene spezielle Nachweis-Aufgaben haben: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. Jeder Detektor hat die Ausmaße eines Hauses und besteht aus tausenden einzelner Detektor-Geräte.

Der LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) befindet sich in unmittelbarer Nähe unseres Hotels in Ferney-Voltaire (Frankreich), gleich hinter McDonalds. 😉 Dieser Detektor dient speziell dem Nachweis des „beauty“-Teilchens.

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LHCb2

LHCb3

Hinter den Bäumen (links) befindet sich mitten in der Landschaft das CERN-Kontrollzentrum (Prévessin-Site; CCC).

CCC1

CCC2

Ebenfalls mitten auf dem Acker eine weitere Stufe des LHC, die „Neutrino-Stage“.

neutrinostage

Genf

Die Stadt Genf liegt malerisch am südlichen Ende des Genfer Sees. Erste Besiedlungsspuren stammen aus dem 3. Jahrtausend v.Chr. Im Zentrum der Altstadt befindet sich die Kathedrale Saint-Pierre (aus dem 13. Jhdt.). Von deren Türmen hat man einen guten Ausblick über die Stadt und die Umgebung.

In dem Haus links wohnte 20 Jahre lang Johannes Calvin, Reformator und Begründer des Calvinismus.

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Das Wahrzeichen von Genf ist der „Jet d’eau“, ein riesiger Springbrunnen. Laut Reiseführer werden pro Sekunde 500 Liter Wasser in die Höhe geschleudert und das Wasser erreicht 150 m Höhe. Wir haben diese Angabe natürlich durch Messung geprüft.

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Aufgaben:

Vom Anfang der Mole bis zum Jet d’eau sind es 200 m. Die Spitze wurde vom Anfang der Mole aus mit dem Neigungsmesser des iPhone unter einem Winkel von 43° angepeilt.

Berechne die Höhe des Wasserstrahls.
Mit welcher Geschwindigkeit muss das Wasser aus der Düse austreten, um die angegebene Höhe zu erreichen?

(Mit mathematischen und physikalischen Kenntnissen aus der 10. Klasse lassen sich die Aufgaben lösen.)

Genf ist – neben New York City – der zweite Hauptstandort der Vereinten Nationen (UN). Nach langwierigen Verhandlungen gelang es uns, eine Führung durch die zentralen Gebäude zu bekommen.

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Der schöne Park auf dem UN-Gelände ist leider nicht öffentlich zugänglich. (Im Hintergrund der Mont Blanc.)

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… und sonst …

Unser Hotel liegt an der Landstraße von Meyrin nach Ferny-Voltaire (in Frankreich). In unmittelbarer Nähe dienen ein Supermarkt und eine McDonalds-Filiale der unmittelbaren Bedürfnisbefriedigung.

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