Schematische Darstellung des LHC unter der Erde. Oberhalb der Erde ist eine illustrierte Landschaft mit hohen Bergen im Hintergrund zu sehen.

Ein Teilchenbeschleuniger für Zuhause

Kann man einen Teilchenbeschleuniger selbst bauen? Na klar! Die Einzelteile dazu gibt es im Baumarkt: ein Kunststoffschlauch, ein Kupferkabel und eine Schraube mit Unterlegscheibe.

Während eines Aufenthalts am Kernforschungszentrum CERN in Genf forschte und bastelte Fabiola Buschendorf 14 Tage lang an einem eigenen Teilchenbeschleuniger. Im Rahmen des deutschlandweiten Netzwerk Teilchenwelts haben Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit ein eigenes Forschungsthema gemeinsam mit Wissenschaftlern des CERN auszuarbeiten. Diese Chance ergriff Fabiola gemeinsam mit neun anderen Schülern im Oktober 2012.

Graue Gebäude säumen eine Straße hinter einem Pförtnerhäuschen. Im Vordergrund verläuft ein gelber Zebrastreifen und eine kleine Absperrung ist zu erkennen. Rechts sieht man ein Schild mit der Aufschrift CERN.
Eingang des CERN

Das Forschungsinstitut

Mein Forschungsaufenthalt begann mit einem Rundgang über das gesamte CERN-Gelände. Statt moderner futuristischer Bauwerke, wie man sie vielleicht erwartet, ist das Gelände eher eine Ansammlung unauffälliger, etwas altmodischer Gebäude. Verwinkelte Straßen, nach Physikern benannt, führen von einer Baustelle zur nächsten. Von außen macht es nicht den Anschein, als würden hier die modernsten Maschinen der Welt betrieben. Selbst das World Wide Web, das am CERN erfunden wurde, funktioniert in der Mensa nicht immer einwandfrei.

Auf einem Luftbild der schweiz-französischen Grenze ist im Vordergrund der Beschleuniger LHC mit seinen vier Großexperimenten eingezeichnet. Im Hintergrund sind der Genfersee und die Alpen mit dem Mont Blanc zu erkennen.
Kernforschungszentrum CERN

Untergebracht waren wir Teilnehmer der Netzwerk Teilchenwelt-Projektwochen im CERN-eigenen Hostel. Von dort hatten wir einen wunderbaren Blick auf den Mont Blanc, den höchsten Berg Europas. Besonders toll war der rote Sonnenaufgang, den man in den Morgenstunden beobachten konnte. Ein Anblick, für den es sich lohnte, früh aufzustehen. Alle zehn Teilnehmer kamen aus ganz Deutschland und waren zwischen 15 und 19 Jahren alt. Einige von uns führten während des Aufenthalts am CERN Versuche zum Thema Teilchenphysik durch, andere beschäftigten sich mit dem Thema Antimaterie. Ich interessierte mich für die Beschleunigung von Teilchen.

Der eigene Teilchenbeschleuniger

Mein Projekt nannte sich „Optimierung eines Low-Cost Teilchenbeschleunigers“ und war eine gemeinsame Idee meines Lehrers und mir. Meine Aufgabe bestand darin, einen kleinen Elektronenbeschleuniger von etwa 25 Zentimetern Länge mit einfachen Mitteln nachzubauen und zu testen.

Geöffnetes Kupferrohr mit aufgewickeltem Kupferdraht am Messingdeckel. Durch den Messingdeckel führt eine Verbindung die beiden Enden des Kupferkabels nach außen.
Elektronenquelle

Früher besaß beinahe jeder Haushalt einen Elektronenbeschleuniger: den Röhrenfernseher. In ihnen befinden sich große Glasröhren, sogenannte Braunsche Röhren. In diesen Röhren wird ein Draht erhitzt, sodass sich von ihm Elektronen lösen. Ein Hochspannungsfeld beschleunigt die Elektronen dann auf einer kurzen Strecke bis zum Bildschirm. Beim Aufprallen der Elektronen entstehen Lichtpunkte, die wir dann als Fernsehbild sehen.

Mein kleiner Teilchenbeschleuniger kann Elektronen auf eine Energie von drei Tausend Elektronenvolt beschleunigen – die Protonen am CERN erreichen etwa zwei Milliarden mal mehr Energie! Dafür war ich aber um einiges schneller beim Aufbau meines Beschleunigers als die CERN-Wissenschaftler: Der LHC hat fast fünfzehn Jahre Bauzeit in Anspruch genommen.

Der Elektronenbeschleuniger besteht aus einem kurzen Stück durchsichtigem Plastikschlauch mit einer kleinen Schlauchöffnung in der Mitte zum Anlegen einer Vakuumpumpe. An einem Ende ist ein Kupferteil angebracht indem sich der Glühdraht befindet, am anderen Ende sind eine Schraube mit Unterlegscheibe an einem Deckel befestigt. Der Beschleuniger liegt auf einem Tisch.
Selbstgebauter Elektronenbeschleuniger

So saß ich zwei Wochen an meinem Arbeitsplatz und bastelte am Beschleuniger oder errechnete mithilfe meines Betreuers die Energie der Elektronen. Manchmal lief ich auch auf dem CERN-Geände herum und suchte verschiedene Geräte für meine Experimente, zum Beispiel eine Vakuumpumpe. Denn damit die Elektronen ungehindert durch das Rohr fliegen können, dürfen ihnen keine Luftmoleküle im Weg stehen. Die großen Vakuumpumpen am CERN, die im LHC für einen extrem niedrigen Luftdruck sorgen, konnte ich natürlich nicht benutzen. Dafür fand ich aber eine kleine Pumpe, die zu der Zeit von keinem Wissenschaftler gebraucht wurde.

Und was noch so war...

Neben den Laboren, in denen unsere Experimente standen, besuchte ich gemeinsam mit den anderen Teilnehmern auch Vorlesungen zum Thema Teilchenphysik. Außerdem bekamen wir bei einer kleinen Fragerunde die Möglichkeit, mit Physikern ins Gespräch zu kommen und unsere brennenden Fragen an sie loszuwerden.

Auf einem Tisch sind ein Brotkorb mit Weißbrot und ein großer roter Topf mit geschmolzenem Käse gedeckt.
Schweizer Käsefondue

Ein großes Highlight unseres CERN-Aufenthalts war ein Schnack mit dem Nobelpreisträger Jack Steinberger, der sich während unseres Mittagessens auf einmal zu uns setzte und uns nach unseren Experimenten fragte. Neben Fußballgucken, Fußballspielen und einer Stadtrallye durch Genf mit anschließendem Schweizer Käsefondue fuhren wir auch eben mal mit geliehenen Fahrrädern nach Frankreich rüber.

Bei den Projektwochen am CERN kann man eine Menge neuer Erfahrungen sammeln und neue Freundschaften schließen. Trotz mancher Probleme, die mein Projekt ab und zu mit sich brachte, hat sich der Ausflug wirklich gelohnt.