Die Beschleuniger und Experimente der Teilchenphysik werden immer größer und aufwändiger. Sollen wir uns diese Großgeräte wirklich leisten? Paul Söding, ehemaliger Forschungsdirektor von DESY und Leiter von DESY Zeuthen, über Sinn und Nutzen von Grundlagenforschung mit Teilchenbeschleunigern.

Oft wird die – berechtigte – Frage gestellt, ob wir uns so große und teure Anlagen wie die Beschleuniger der Teilchenforschung wirklich leisten sollen. Nun ist es keineswegs so, dass Großgeräte für die Forschung eine Erscheinung unserer Tage wären. So stellte etwa die dänische Krone dem Astronomen Tycho Brahe im 16. Jahrhundert eine ganze Insel sowie nahezu unbegrenzte Ressourcen an Menschen und Kapital für ein großes astronomisches Observatorium zur Verfügung. Die Ergebnisse von Brahes präzisen Messungen der Sternpositionen öffneten in der Hand des genialen Johannes Kepler nicht nur die Tür zur modernen Astronomie und Kosmologie – reinen Erkenntniswissenschaften –, sondern auch zur Mechanik Galileo Galileis und Isaac Newtons und damit zu einer eminent praktischen Wissenschaft, ohne die es keine Autos, keine Maschinen – ja überhaupt unsere Technik nicht gäbe.

Heute werden Großgeräte in vielen Bereichen der Wissenschaft benötigt. Am Beispiel der Forschungsschiffe wird die Motivation der großen Forschungsunternehmen besonders deutlich: Aufbruch zu neuen Ufern des Erforschbaren, die Faszination des Unvorhersehbaren, schließlich die Zuversicht, dass Kosten, Mühen und Risiken sich am Ende für die Gesellschaft auszahlen.

Man mag es beklagen, dass die Forschungsgeräte zunehmend größer und teurer, die Experimente langwieriger und die Forschungsarbeiten mehr und mehr wie industrielle Projekte geführt werden. Der Grund hierfür ist nicht etwa die Megalomanie der Forscher, sondern das Fortschreiten der Wissenschaft, ihr Vordringen in tiefere Strukturen der Materie oder bisher unzugängliche Regionen des Kosmos, allgemein ihre Beschäftigung mit zunehmend komplexeren Fragestellungen. Dazu sind große Instrumente und Anlagen und der Einsatz anspruchsvollster Technologie vielfach zwingend – die Naturgesetze lassen uns keine andere Wahl. Dies ist besonders sinnfällig etwa in der Astronomie, die für ihren Blick in die entlegensten Regionen des Kosmos zunehmend größere Teleskope erfordert und damit immer neue überraschende Erkenntnisse über unsere Welt liefert, je weiter sie in die Tiefe des Universums vordringt. So haben Instrumente wie das Röntgenstrahlungsteleskop ROSAT oder das Hubble-Weltraumteleskop einen wahren Erkenntnisschub ausgelöst. In der Elementarteilchenforschung ist es ähnlich: Je tiefer wir in die innersten Schichten der Materie eindringen, desto mehr erkennen wir die Zusammenhänge im Funktionieren der Natur. Desto größer sind aber auch die Ressourcen – an Ideen, an Instrumenten und an Arbeitseinsatz –, die wir dafür benötigen. Insbesondere brauchen wir immer leistungsfähigere „Mikroskope“ – nämlich die Teilchenbeschleuniger.

Was aber „bringt“ solche Forschung? Nun, die Anstrengungen und Mittel, welche die Menschheit in die Erforschung der Natur investiert hat, haben sich letzten Endes stets bezahlt gemacht. Tycho Brahes astronomisches Großprojekt ist dafür ein herausragendes Beispiel. Welchen Rang die Erkenntnisse der Teilchenforschung unter den Errungenschaften der Menschheit einmal einnehmen werden, das wissen wir noch nicht. Doch über die Teilchenbeschleuniger können wir heute schon eines sagen: Erfunden, entwickelt und gebaut, um herauszufinden, „was die Welt im Innersten zusammenhält“, dienen sie in abgewandelter Form bereits auch der Diagnose und Therapie von Krankheiten und erzeugen Synchrotronstrahlung und Neutronen für die Forschung in den verschiedensten Wissensdisziplinen, von der Physik über die Chemie, Geologie, Materialforschung, Biologie und Medizin bis hin zur Kriminologie. Ihr volles Potenzial dürfte wohl erst von künftigen Generationen ausgeschöpft werden. Auch die von den Teilchenphysikern für ihre Experimente entwickelten vielfältigen neuen Technologien haben sich auf anderen Gebieten, etwa in der Medizin, als segensreich erwiesen – ja sie haben sogar, in der Gestalt des World Wide Web (WWW), eine Revolution in der weltweiten Vernetzung von Information und Wissen ausgelöst.

Wenn auch die Wissensinnovation und Wertschöpfung, die sich aus einem bestimmten Forschungsprojekt ergeben, in ihrer ganzen Breite erfahrungsgemäß nicht vorhersehbar sind, so haben die Entwicklungen neuer großer Forschungsgeräte in der Vergangenheit in aller Regel bedeutende Meilensteine im Erkenntnisfortschritt gesetzt. Größere Entwicklungen in den Naturwissenschaften und die Eröffnung und Erschließung neuer Forschungsgebiete hingen meist eng mit der Schaffung neuer, spezifischer Instrumente zusammen.

Der HERA-Beschleuniger beim Forschungszentrum DESY in Hamburg ist so ein neuartiges Instrument. Und in der Tat kann nach dem Abschluss der Forschungsarbeiten festgestellt werden, dass HERA uns zu einem wesentlich tieferen Einblick in den Aufbau der Materie, hier speziell des Protons und Neutrons, verholfen hat. Immer deutlicher wird die komplexe dynamische Struktur aus Quarks, Antiquarks und Gluonen „sichtbar“, die das Innere unserer Materie bildet. Damit steigt auch die Aussicht, Struktur und Aufbau der Materie besser verstehen zu lernen – wobei „verstehen“ nicht nur bedeutet, das Funktionieren und das Zusammenspiel der kleinsten Teilchen zu kennen, sondern auch zu durchschauen, weshalb die Natur gerade so ist, wie sie ist, und nicht anders. Auf diesem Weg wird uns HERA auch in der Zukunft weiter voranbringen. Wir dürfen gespannt darauf sein, welche Einsichten und Überraschungen uns bei dieser Entdeckungsreise in das Innerste der Materie noch bevorstehen.