Tim Pritlove: Herzlich Willkommen zu Raumzeit, dem Podcast von ESA und DLR.
Tim Pritlove: Mein Name ist Tim Prittlaff und ich begrüße alle zur 38.
Tim Pritlove: Ausgabe unserer Gesprächsserie.
Tim Pritlove: Heute hat mich der Weg nach Aachen geführt und ganz anders als das hier in allen anderen,
Tim Pritlove: oder zumindest in den meisten anderen Sendungen der Fall ist,
Tim Pritlove: befinde ich mich diesmal weder an einem Standort der ESA noch des DLR,
Tim Pritlove: sondern der Weg hat mich geführt zum RWTH,
Tim Pritlove: der Universität in Aachen und dort ganz konkret zum Lehrstuhl der Physik.
Tim Pritlove: War das die richtige Bezeichnung? Ich werde es gleich erfahren,
Tim Pritlove: denn mein Gesprächspartner ist Dr.
Tim Pritlove: Stefan Scheel. Schönen guten Tag, hallo, willkommen zu Raumzeit.
Stefan Schael: Hallo.
Tim Pritlove: Wie ist denn die korrekte Bezeichnung? Ich habe ganz vergessen nachzuschlagen.
Stefan Schael: Also korrekte Bezeichnung ist, Sie sind im ersten physikalischen Institut der RWTH Aachen gelandet.
Tim Pritlove: Wie gibt es denn noch?
Stefan Schael: Lehrstuhl für Experimentalphysik. Es gibt drei Institute für Experimentalphysik an der RWTH Aachen.
Stefan Schael: Es ist einer der größten Standorte in Deutschland, an der Physikforschung gemacht
Stefan Schael: wird und natürlich auch Ausbildung.
Stefan Schael: Wir haben etwa 1000 Physikstudenten an der RWTH Aachen, die wir ausbilden.
Stefan Schael: Und neben den experimentellen Instituten gibt es natürlich auch noch Lehrstühle
Stefan Schael: für Theoretische Physik.
Stefan Schael: Und dann rüber hinaus haben wir noch eine enge Zusammenarbeit in der Physik
Stefan Schael: mit dem Forschungszentrum Jülich.
Stefan Schael: Also es gibt vielfältige Möglichkeiten hier in der Physik zu studieren und zu forschen.
Tim Pritlove: Das heißt Physik hat auch generell für die Universität eine große Bedeutung.
Stefan Schael: Das hat die Physik sicherlich. Zum einen ist es natürlich so,
Stefan Schael: dass wir in Aachen insbesondere in den Ingenieurwissenschaften eine der führenden
Stefan Schael: Universitäten in Europa sind und weltweit.
Stefan Schael: Und die Physikausbildung ist natürlich ein zentraler Punkt in der Ingenieurausbildung.
Stefan Schael: Darüber hinaus hat sich die RWTH Aachen im Rahmen der Exzellenzinitiative der
Stefan Schael: Bundesregierung vorgenommen, insbesondere auf dem Gebiet der Naturwissenschaften
Stefan Schael: an die führenden Universitäten Anschluss zu finden.
Stefan Schael: Denn wir haben gesehen, dass wenn man also Universitäten wie ETH Zürich oder
Stefan Schael: MIT mit Aachen vergleicht, dass dann im Wesentlichen der Unterschied ist,
Stefan Schael: dass wir in den Naturwissenschaften nicht konkurrenzfähig sind.
Stefan Schael: Und zwar nicht, weil wir nicht gut genug sind, sondern weil wir nicht groß genug sind.
Stefan Schael: Das heißt, es ist eine Frage, wie man Ressourcen verteilt und wir haben die
Stefan Schael: Mittel aus der Exzellenzinitiative massiv genutzt, um die Naturwissenschaften
Stefan Schael: auszubauen und haben das auch für die nächste Runde der Exzellenzinitiative so vorgeschlagen.
Stefan Schael: Das ist allerdings noch nicht entschieden. Die Entscheidung fällt am 15. Juni.
Stefan Schael: Dann werden wir sehen, ob RWTH Aachen weiter zu den neuen exzellenten Universitäten
Stefan Schael: in Deutschland gehört, wie bisher auch.
Tim Pritlove: Ja, jetzt ist gerade der Mai 2012.
Tim Pritlove: Vielleicht auch mal ganz wertvoll hier zu sagen, wann wir die Aufnahme denn
Tim Pritlove: machen. Auf der Webseite vermerken wir es ohnehin immer wieder.
Tim Pritlove: Ja, warum bin ich jetzt hierher gekommen? Letzten Endes dreht es sich ja bei
Tim Pritlove: Raumzeit vor allem um ein Format, was sich der Raumfahrt widmet.
Tim Pritlove: Hier an diesem Institut wurde ein ganz konkretes Experiment entwickelt und was
Tim Pritlove: jetzt bereits im Einsatz ist und zum Einsatz gekommen ist auf der ISS,
Tim Pritlove: allerdings ist die Geschichte ja auch noch ein bisschen länger.
Tim Pritlove: Konkret möchten wir hier reden über das Alpha-Magnet-Spektrometer und die damit
Tim Pritlove: verbundene wissenschaftlichen Fragestellungen.
Tim Pritlove: Was sind denn diese wissenschaftlichen Fragestellungen, die einen in diesen
Tim Pritlove: Bereich hineintreiben?
Stefan Schael: Also die Physik gegenwärtig, wenn man sich das nicht jetzt von der Anwendungsseite
Stefan Schael: anguckt, sondern von der Grundlagenforschung anguckt,
Stefan Schael: Hat einige Schwierigkeiten, was vielleicht viele zu überraschen wird,
Stefan Schael: denn wir benutzen die Physik ja auch im Alltag.
Stefan Schael: Aber von der Grundlagenforschung her haben wir eigentlich seit etwa 100 Jahren
Stefan Schael: das Dilemma, dass die Überlegungen, die Heisenberg,
Stefan Schael: Dirac, Pauli angestellt haben zur Quantenmechanik, sich nicht vertragen mit den Überlegungen,
Stefan Schael: die Albert Einstein zur allgemeinen Relativitätstheorie, zur Wechselwirkung
Stefan Schael: der Gravitation angestellt haben.
Stefan Schael: Das heißt konkret, es gibt Bereiche im Universum, wo unsere Physik nicht funktioniert.
Tim Pritlove: Also wo unser bisheriges Modell von wie alles zusammenhängt nicht funktioniert.
Stefan Schael: Richtig, also wir müssen ja unterscheiden zwischen Realität und dem,
Stefan Schael: was wir im Modell beschreiben.
Stefan Schael: Also die Physik erhebt nicht den Anspruch, dass sie die Realität beschreibt,
Stefan Schael: sondern nur, dass wir ein Modell liefern, was es uns erlaubt in vielen Fällen Vorhersagen zu machen.
Stefan Schael: Denn das ist ja eigentlich die Aufgabe der Physik. Sie wollen Physik benutzen,
Stefan Schael: um bestimmte Prozesse zu verstehen und dann Vorhersagen zu können.
Stefan Schael: Also bei einem Verbrennungsmotor, ich muss den Brennraum so und so auslegen,
Stefan Schael: weil die thermodynamischen Prozesse, die da ablaufen, auf der und der Basis
Stefan Schael: funktionieren, um ein Beispiel zu sagen.
Stefan Schael: Und die Physik hat eigentlich den Anspruch, dass sie sämtliche Phänomene in
Stefan Schael: der Natur beschreiben kann.
Stefan Schael: Und wir haben wiederholt gemerkt, dass wir dazu nicht in der Lage sind.
Stefan Schael: Jetzt werden viele sagen, wenn das in einigen Situationen nicht funktioniert,
Stefan Schael: warum beunruhigt euch das so?
Stefan Schael: Und das kann man am besten verstehen, wenn man sich da eine Analogie anguckt.
Stefan Schael: Vor etwas mehr als 100 Jahren hat Max Planck sich gefragt, ob er Physik studieren soll.
Stefan Schael: Und ist an die Uni gegangen, hat mit einem Physikprofessor geredet.
Stefan Schael: Und der Physikprofessor hat gesagt, das lohnt sich eigentlich nicht.
Stefan Schael: Die Physik ist abgeschlossen. Es gibt noch ein paar kleine Bereiche,
Stefan Schael: wo wir das nicht verstehen, aber die sind so peripher, das lohnt sich eigentlich nicht.
Tim Pritlove: Vor 100 Jahren.
Stefan Schael: Vor etwas über 100 Jahren.
Tim Pritlove: Ja.
Stefan Schael: Max Planck hat dann natürlich doch Physik studiert, wie wir heute wissen.
Stefan Schael: Und er hat sich mit einem Bereich in der Physik beschäftigt,
Stefan Schael: der völlig an der Peripherie liegt und wo überhaupt nicht klar ist,
Stefan Schael: dass die Beschäftigung damit wirklich den Durchbruch in der Physik bringt.
Stefan Schael: Er hat sich mit der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers beschäftigt.
Stefan Schael: Und die Modelle, die man damals hatte, haben das nicht vernünftig beschreiben können.
Stefan Schael: Und Planck hat erkannt, dass die einzige Möglichkeit, das zu beschreiben,
Stefan Schael: ist, dass er also das, was wir heute Planck'sches Wirkungsquantum einführen,
Stefan Schael: dass er also die Energie quantisiert, wie wir sagen, und damit die Grundlagen
Stefan Schael: für die Quantenmechanik gelegt hat.
Stefan Schael: Und wenn Sie sich heute unsere Welt angucken, also auf dieser Erkenntnis beruht
Stefan Schael: unser Verständnis, wie Solarzellen funktionieren, wie ein Transistor funktioniert,
Stefan Schael: Wie ein Computer funktioniert.
Stefan Schael: Das heißt, wenn Sie sich angucken, was sind heute die börsennotierten Unternehmen mit dem höchsten Wert?
Stefan Schael: Apple, Google, Facebook, Amazon.
Tim Pritlove: Ebay.
Stefan Schael: Das heißt, 100 Jahre später, unser gesamter Wohlstand beruht auf diesen Arbeiten
Stefan Schael: in der Grundlagenforschung.
Stefan Schael: Und das heißt, für die Physik war es und ist es ein erfolgreiches Modell,
Stefan Schael: versuchen zu verstehen, Beispiele zu finden, wo die physikalischen Theorien,
Stefan Schael: die wir heute haben, nicht funktionieren.
Stefan Schael: Also Popper hat uns gelehrt, wir können nie eine physikalische Theorie beweisen,
Stefan Schael: wir können sie immer nur widerlegen.
Stefan Schael: Das heißt also, um das einfach zu sagen, die Beobachtung von noch so vielen
Stefan Schael: weißen Schwänen berechtigt nicht zu der Aussage, dass alle Schwäne weiß sind.
Stefan Schael: Die Physik versucht unendlich viele Phänomene zu beschreiben Also wir sagen
Stefan Schael: nicht, das gilt nur für die fünf Atome die wir uns angucken,
Stefan Schael: sondern wir sagen, das gilt für alle Atome im Universum Das heißt,
Stefan Schael: wir können nie beweisen, dass das richtig ist,
Stefan Schael: Aber wenn wir ein einziges Atom finden, für das das nicht funktioniert wie wir
Stefan Schael: das vorhersagen, dann wissen wir, dass unsere Theorie nicht in Ordnung ist und
Stefan Schael: dann ist das normalerweise ein Hinweis darauf dass es einen Themenkomplex gibt,
Stefan Schael: mit dem wir uns besser auseinandersetzen wenn wir Fortschritt haben wollen.
Tim Pritlove: Ist das nicht hochgradig frustrierend, wenn man weiß, dass man eigentlich nie
Tim Pritlove: irgendwas beweisen kann?
Stefan Schael: Das ist immer die Frage, welchen Anspruch man hat. Also ich bin sehr damit zufrieden,
Stefan Schael: dass wir Modelle entwickeln, die, es ist schwierig zu sagen,
Stefan Schael: welchen Bruchteil des Universums, aber wenn Sie sich unsere Zivilisation angucken,
Stefan Schael: unseren Wohlstand angucken, dann stellen Sie fest,
Stefan Schael: dass wir das recht erfolgreich machen seit einigen hundert Jahren.
Stefan Schael: Also seitdem wir ernsthaft seit Galileo Newton angefangen haben,
Stefan Schael: Wissenschaft zu machen, dass wir das recht erfolgreich machen.
Stefan Schael: Also die ganzen Sachen, an die sie heute gewöhnt sind, ob das Laser oder Navigationssystem
Stefan Schael: ist, können nehmen, was sie wollen.
Stefan Schael: Können sie ohne die moderne Physik, haben sie keine Chance.
Stefan Schael: Und wenn wir uns heute angucken, was sind die globalen Herausforderungen,
Stefan Schael: mit denen wir zu tun haben, also ob das Erderwärmung ist, alternde Gesellschaft, was auch immer. Also.
Stefan Schael: Ist eigentlich die Erkenntnis, wir werden das wahrscheinlich,
Stefan Schael: diese Probleme nicht dadurch lösen, dass wir das bestehende Know-how,
Stefan Schael: ich sage jetzt mal ein bisschen despektierlich, aber einfach nur ingenieren.
Stefan Schael: Also um wieder ein Beispiel zu sagen, Sie können sich noch so lange damit auseinandersetzen,
Stefan Schael: wie Sie eine Kerze optimieren.
Stefan Schael: Sobald ein Physiker kommt und Ihnen erklärt, wie eine Glühbirne funktioniert,
Stefan Schael: haben Sie keine Chance mehr.
Stefan Schael: Und sie können noch so lange versuchen als Ingenieur die Glühbirne zu optimieren,
Stefan Schael: sobald ein Physiker kommt und ihnen sagt, was eine LED ist, also wie sie Licht
Stefan Schael: erzeugen können ohne Wärme über quantenmechanische Prozesse,
Stefan Schael: haben sie mit ihrer Glühbirne keine Chance mehr.
Stefan Schael: Und man sieht an diesen Sprüngen in der Qualität, dass das was ganz anderes
Stefan Schael: ist, als wenn ich also einen bestehenden Prozess nehme und den Prozess immer weiter optimiere.
Stefan Schael: Irgendwann in diesem Prozess hoffentlich kommt die Physik wieder.
Stefan Schael: Das ist natürlich ein bisschen, also warum mache ich Physik?
Stefan Schael: Ja, weil mich diese Themen interessieren, kommt die Physik wieder mit einer
Stefan Schael: grundlegenden neuen Idee und das revolutioniert das gesamte Gebiet.
Stefan Schael: Das ist mein Verständnis von Grundlagenforschung und warum man Grundlagenforschung machen muss.
Stefan Schael: Wir werden die Probleme, die wir heute haben, nicht dadurch lösen,
Stefan Schael: dass wir also Engineering machen von den bekannten Lösungen,
Stefan Schael: sondern wir brauchen grundsätzlich neue Ansätze.
Stefan Schael: Und dann ist die Frage, wo bekomme ich die her?
Stefan Schael: Im Nachhinein ist das einfach zu sagen, Planck mit seinem Wirkungsquantum,
Stefan Schael: das war ja die richtige Idee.
Stefan Schael: Die ganzen anderen tausend Physiker, die zu der Zeit an verschiedenen Fragen
Stefan Schael: gearbeitet haben, über die reden wir heute nicht mehr.
Stefan Schael: Und genau so ist das heute. Wir arbeiten an Grundlagenforschung,
Stefan Schael: wir versuchen Themenkomplexe zu verstehen, die uns aufzeigen,
Stefan Schael: dass unsere Physik unvollständig ist.
Stefan Schael: Welche von diesen Ansätzen am Ende zum Erfolg führen und zu dem Durchbruch führen,
Stefan Schael: das werden wir in 100 Jahren diskutieren.
Stefan Schael: Also wir nicht, also unsere Nachfolger werden dann bei solch einem Interview
Stefan Schael: sitzen und dann werden sie sagen, ja, damals AMS, das war das Schlüsselexperiment, vielleicht.
Stefan Schael: Wie wir heute sagen, Michelson-Morley, Messung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
Stefan Schael: vor 100 Jahren, das war das entscheidende Experiment, um die Relativitätstheorie zu begründen.
Stefan Schael: Oder die Messung der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers,
Stefan Schael: das war das entscheidende Experiment, um die Quantenmechanik zu begründen.
Tim Pritlove: Was für sich genommen erstmal total banal und gegebenenfalls vollständig unwichtig klingt.
Stefan Schael: Was für den, selbst für den Experten auf dem Gebiet schwer einzuschätzen ist,
Stefan Schael: was die Bedeutung solch einer Messung ist.
Stefan Schael: Weil es dann noch zusätzlich halt solcher Köpfe wie Heisenberg oder Einstein
Stefan Schael: bedarf, um aus diesen Messungen, diesen Erkenntnissen dann die passende Theorie zu machen.
Stefan Schael: Wobei man auch sagen muss, die experimentellen Ergebnisse, die haben sich eigentlich nie geändert.
Stefan Schael: Also die werden präziser, die decken andere Bereiche ab. Das,
Stefan Schael: was sich ändert, sind unsere Theorien.
Stefan Schael: Das heißt, dass unsere Modelle, wie wir diese experimentellen Daten zusammennehmen
Stefan Schael: und damit Vorhersagen machen, die sind variabel.
Stefan Schael: Und vielleicht versteht man dann, warum ich also sage, dass Experimentalphysik
Stefan Schael: das Spannende ist, weil wir liefern die Grundlagen dafür, die sozusagen,
Stefan Schael: wenn wir es richtig gemacht haben, in Stein gemeißelt sind und die Theoretiker
Stefan Schael: dazu zwingen, ihre Modelle so anzupassen, dass sie diese Daten beschreiben können.
Stefan Schael: Und dann mit diesen Modellen Vorhersagen zu machen in Bereichen,
Stefan Schael: in denen wir nicht gemessen haben, die dann für die Anwendung relevant sind oder sein können.
Tim Pritlove: Da stellt sich natürlich jetzt vor allem die Frage, was sind denn jetzt die
Tim Pritlove: paar Experimente und paar Betrachtungsorte, die noch Fragen aufwerfen,
Tim Pritlove: beziehungsweise die vielleicht auch noch gar nicht durchgeführt worden sind.
Tim Pritlove: Wenn man sich heute den Stand der Physik anschaut und wie auch eigentlich wie
Tim Pritlove: vor 100 Jahren das Gefühl hat, naja, vielleicht sollte ich doch was anderes
Tim Pritlove: studieren, ist ja eigentlich nichts mehr zu erfinden.
Tim Pritlove: Was antwortet denn da der Mensch mit Einblick?
Tim Pritlove: Was sind denn so gerade die großen Fragestellungen, die Lücken,
Tim Pritlove: die gefüllt werden müssen?
Stefan Schael: Heute würde die Antwort wahrscheinlich anders aussehen. Also zum einen mit der
Stefan Schael: Erfahrung aus der Vergangenheit, aber man muss auch sehen, dass sich in den
Stefan Schael: letzten zehn Jahren eigentlich eine Revolution weitgehend unbemerkt von der
Stefan Schael: Öffentlichkeit in der Physik abgespielt hat.
Stefan Schael: Unser Verständnis dessen, wie unser Universum entstanden ist,
Stefan Schael: hat sich grundlegend geändert in den letzten zehn Jahren.
Stefan Schael: Und zwar im Wesentlichen durch Messungen von Satellitenexperimenten,
Stefan Schael: also Weltraum-Experimenten, nicht durch Beobachtungen hier auf der Erde.
Stefan Schael: Die Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung durch das COBE-Experiment,
Stefan Schael: durch das WMAP-Experiment und jetzt durch das Planck-Experiment,
Stefan Schael: das Hubble Space Telescope, die entdeckt haben, dass also nicht nur das Universum
Stefan Schael: nicht schrumpft, wie man das eigentlich auf der Basis der Urknalltheorie erwarten
Stefan Schael: würde, sondern dass es anfängt, sich beschleunigt, wieder auszudehnen.
Stefan Schael: Die Erkenntnis, dass ein wesentlicher Teil des Universums aus einer Energieform
Stefan Schael: besteht, die wir nicht beschreiben können, mit der gegenwärtigen Physik,
Stefan Schael: was also die dunkle Energie ist.
Stefan Schael: Die Erkenntnis, dass der größte Teil der Materie im Universum dunkle Materie
Stefan Schael: ist, die wir mit der heutigen Physik nicht beschreiben können,
Stefan Schael: von der wir nicht wissen, was es ist.
Stefan Schael: Eigentlich ist die ernüchternde Erkenntnis der letzten zehn Jahre von vier Prozent
Stefan Schael: dessen, was das Universum ist, wissen wir halbwegs, wie es funktioniert.
Stefan Schael: Und das ist die normale Materie, aus der wir aufgebaut sind.
Stefan Schael: Das ist das, was die Physik heute kann.
Stefan Schael: 96 Prozent verstehen wir nicht. Und wir sind eigentlich jetzt in der Lage oder
Stefan Schael: haben das Gefühl, in der Lage zu sein, die richtigen Fragen zu stellen.
Stefan Schael: Wir haben nicht die Antworten, aber wir sind in der Lage, die richtigen Fragen zu stellen.
Stefan Schael: Und die Aufgabe für die nächsten 10 Jahre, 15 Jahre wird es sein,
Stefan Schael: zu versuchen, auf diese Fragen eine Antwort zu finden.
Stefan Schael: Und diese Fragen sind sehr komplex, sehr schwierig, haben wenig mit unserer
Stefan Schael: Alltagsanschauung zu tun.
Stefan Schael: Es ist mehr und mehr so, dass die Grundlagenforschung in der Physik sich von den...
Stefan Schael: Ja, von den Alltagserfahrungen mehr und mehr löst. Also wenn wir in den ganz
Stefan Schael: kleinen Längenskalen gehen zur Quantenmechanik oder zu ganz großen Längenskalen
Stefan Schael: zur Astrophysik und Kosmologie,
Stefan Schael: dass das nichts mit dem zu tun hat, was wir über die Evolution eigentlich gelernt
Stefan Schael: haben, um überleben zu können.
Stefan Schael: Und das macht das sehr schwierig für uns Menschen mit unserem begrenzten Verstand,
Stefan Schael: diese Phänomene überhaupt zu durchdringen.
Stefan Schael: Und ich gehe davon aus, dass wir dafür, genauso wie Einstein eine neue Mathematik
Stefan Schael: brauchte, um seine Relativitätstheorie aufzustellen, dass wir auch neue mathematische
Stefan Schael: Verfahren brauchen werden, um diese Probleme zu lösen.
Tim Pritlove: Das heißt, es lohnt sich sogar noch, Mathematik zu studieren,
Tim Pritlove: weil sogar da wäre noch was zu holen.
Stefan Schael: Genauso wie Riemann zum Glück Mathematik studiert hat und damit die Grundlagen
Stefan Schael: für Einsteins Relativitätstheorie mathematisch gelegt haben,
Stefan Schael: bin ich der Meinung, dass, also ja, selbstverständlich, Mathematik sollte man
Stefan Schael: studieren, Physik sollte man studieren.
Stefan Schael: In der Physik ist es so, dass es eigentlich extrem spannend ist zurzeit und
Stefan Schael: für die nächsten Jahre sein wird, auf diese Fragestellungen eine Antwort zu kriegen.
Stefan Schael: Und wenn ich mir mal überlege, ich weiß nur von 4% des Universums,
Stefan Schael: was es ist, von 96% habe ich keine Idee, dann habe ich nicht das Problem,
Stefan Schael: dass ich mich mit kleinen Problemen beschäftige.
Stefan Schael: Das hört sich nach einem großen Problem an. Und wenn wir das verstanden haben,
Stefan Schael: ist dann die Frage, mit den Hilfsmitteln, die wir entwickeln müssen,
Stefan Schael: um das zu verstehen und mit den Erkenntnissen, die wir gewinnen,
Stefan Schael: wenn wir das verstanden haben, welche Auswirkungen wird das in anderen Bereichen haben?
Tim Pritlove: Ich würde da ganz gerne mal konkret drauf eingehen, weil ich denke,
Tim Pritlove: dass es auch nicht unbedingt so vielen Leuten so klar geworden ist,
Tim Pritlove: wie grundlegend die Veränderungen der letzten zehn Jahre waren.
Tim Pritlove: Es sind ja schon ein paar Experimente genannt worden,
Tim Pritlove: also vor allem natürlich die Weltraumteleskope, die Systeme,
Tim Pritlove: die halt weit ins All und damit auch in die Zeit hineinschauen,
Tim Pritlove: haben viele Ergebnisse geliefert, die überrascht haben.
Tim Pritlove: Ich meine, die Entdeckung der Hintergrundstrahlung ist ja schon ein bisschen
Tim Pritlove: länger her, aber gerade dieses Experiment,
Tim Pritlove: ich weiß jetzt nicht ganz genau von wem das war, der festgestellt hat,
Tim Pritlove: dass das Weltall sich weiter ausdehnt und die Geschwindigkeit noch weiter zunimmt.
Tim Pritlove: Was fühlt man denn da so als Physiker, wenn man dann morgens aufwacht,
Tim Pritlove: Zeitung aufschlägt und man sagt, liest die Nachricht, alles ist anders?
Stefan Schael: Also erstmal ist es so, dass wir…,
Stefan Schael: immer wieder Beobachtungsdaten haben, die wir nicht verstehen.
Stefan Schael: Also eine der Erkenntnisse zum Beispiel, dass es so etwas wie dunkle Materie geben muss,
Stefan Schael: wenn man die Ergebnisse nur richtig interpretiert hätte, hätte man da schon
Stefan Schael: in den 1930er Jahren drauf kommen können, als Zwicky sich die Bewegung von größeren
Stefan Schael: Strukturen im Kosmos angeguckt hat und festgestellt hat,
Stefan Schael: dass man das aufgrund des Gravitationsgesetzes nur verstehen kann,
Stefan Schael: wenn es eine zusätzliche Materieform gibt.
Stefan Schael: Wenn Sie solche Beobachtungen isoliert haben, dann ist immer die Frage,
Stefan Schael: es stimmt was mit der Beobachtung nicht, stimmt was mit dem Modell nicht.
Stefan Schael: Die Frage ist, wie gut ist unser Verständnis der Gravitationswechselwirkung
Stefan Schael: bei den Skalen, auf denen wir arbeiten, denn wir testen das ja immer nur auf der Erde.
Stefan Schael: Dann können wir das im Sonnensystem testen mit einiger Präzision.
Stefan Schael: Jetzt gehen sie damit hin und beschreiben Galaxienhaufen oder Rotationskurven von Galaxien.
Stefan Schael: Das heißt, wie schnell dreht sich ein Stern um das Zentrum dieser Galaxie,
Stefan Schael: verstehe ich, dass der nicht aus der Galaxie rausfliegt, aufgrund der Materieverteilung.
Stefan Schael: Und dann stellt sich halt bei einigen dieser Beobachtungen raus,
Stefan Schael: das sind keine Beobachtungsfehler oder Fehler in der Theorie,
Stefan Schael: sondern da steckt wirklich was hinter.
Stefan Schael: Und wir haben durch die Beobachtung der kosmischen Hintergrundstrahlung,
Stefan Schael: was wir uns eigentlich angeguckt haben, ist, hat das Universum die gleiche Temperatur,
Stefan Schael: egal in welche Richtung ich gucke?
Stefan Schael: Was ja eigentlich eine interessante Frage ist. Also wenn das Universum ohne
Stefan Schael: Vorzugsrichtung erzeugt worden ist, würde man ja sagen, ja, das müsste eigentlich
Stefan Schael: überall ungefähr gleich aussehen.
Stefan Schael: Dann stellt sich natürlich die spannende Frage, wenn das gleich aussieht,
Stefan Schael: wie können Bereiche, die also keinen kausalen Zusammenhang haben,
Stefan Schael: das heißt, die so weit voneinander entfernt sind, dass sie über Lichtgeschwindigkeit
Stefan Schael: keine Informationen austauschen können, wie können die eine gleiche Temperatur haben?
Stefan Schael: Und das ist normalerweise eine Frage, da finden Sie keine Antwort drauf.
Stefan Schael: Die Idee, die dann vor 20 Jahren aufkam, 30 Jahren aufkam, war,
Stefan Schael: dass es also eine Inflationsphase am Anfang gab.
Stefan Schael: Das heißt, das Universum hat sich also exponentiell ausgedehnt aus einem sehr
Stefan Schael: kleinen Raumzeitgebiet. In
Stefan Schael: dem kleinen Raumzeitgebiet können Sie dann homogene Bedingungen schaffen.
Stefan Schael: Das ist klein genug, dass Sie über Lichtgeschwindigkeit Informationen austauschen
Stefan Schael: können. Dann blähen Sie das exponentiell auf. Wir verstehen heute nicht, warum.
Stefan Schael: Das nimmt eine bestimmte Größe an. Dieser exponentielle Wachstum hört auf.
Stefan Schael: Auch da wissen wir nicht, warum es aufhört. Dann dehnt es sich langsam weiter
Stefan Schael: aus, beziehungsweise Gravitationskraft gewinnt die Überhand und dann sollte
Stefan Schael: es sich wieder zusammenziehen, je nachdem, wie viel Materie in dem Universum
Stefan Schael: ist. Die Anfangsbedingungen kennen wir ja nicht genau.
Stefan Schael: Und dieses Modell, was wir heute haben, das sieht recht plausibel aus.
Stefan Schael: Und wenn Sie das in der Relativitätstheorie angucken, dann hat Einstein eigentlich
Stefan Schael: alle Zutaten schon geliefert.
Stefan Schael: Er hat das kosmologische Konstante genannt, also diese Vakuumenergie,
Stefan Schael: die notwendig ist, um solche Expansionen vorher zu verursachen.
Stefan Schael: Und Einstein hat damals gesagt, diese Einführung dieser kosmologischen Konstante
Stefan Schael: in meine Relativitätstheorie, das war der größte Unfug, den ich gemacht habe,
Stefan Schael: als Hubble entdeckt hat, dass das Universum sich tatsächlich ausdehnt,
Stefan Schael: also dass unsere Nachbargalaxien von uns wegfliegen.
Stefan Schael: Und Einstein hat dann gedacht, naja, das ist also ein mathematisches Kuriosum,
Stefan Schael: dass ich da eine Konstante habe, die hat keine Bedeutung.
Stefan Schael: Und dann kam die Messung von dem Hubble-Weltraumteleskop, das also festgestellt
Stefan Schael: hat, dass das Universum sich beschleunigt, ausdehnt.
Stefan Schael: Dann kam die Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung, was auch festgestellt
Stefan Schael: hat, dass wir die Messergebnisse nur verstehen können, wenn wir annehmen,
Stefan Schael: dass das Universum sich beschleunigt, ausdehnt.
Stefan Schael: Und wenn man das dann zusammennimmt, dann hat man das Gefühl,
Stefan Schael: das Bild wird wieder konsistent.
Stefan Schael: Also die Ergebnisse passen zusammen. Wir haben eigentlich die Bausteine schon in der Theorie.
Stefan Schael: Unser Problem ist mehr, dass wir nicht verstehen, wo die herkommen.
Stefan Schael: Also diese kosmologische Konstante, die Einstein eingeführt hat,
Stefan Schael: das ist zunächst einmal eine dimensionslose Zahl. Warum ist die da?
Stefan Schael: Warum hat die den Wert? Warum ist die nicht null?
Stefan Schael: Und dann versuchen sie zu verstehen, wie kann ich sowas auf mikroskopischer
Stefan Schael: Skala erzeugen und das ist Quantenfeldtheorie, das ist Heisenberg,
Stefan Schael: und dann stellen sie fest, das passt alles nicht zusammen und dann haben sie
Stefan Schael: eigentlich ein Bild, was sich entwickelt in eine Richtung, dass sie das Gefühl
Stefan Schael: haben, das wird alles konsistent,
Stefan Schael: wenn ich gewisse Annahmen mache, aber die Grundlagen für die Annahmen fehlen mir.
Stefan Schael: Also müssen wir verstehen, welche Grundlagen brauchen wir, um diese Annahmen zu rechtfertigen.
Stefan Schael: Denn man sollte ja auch wieder, wenn man in der Geschichte zurückgeht,
Stefan Schael: als Michelson und Morley die Konstante der Lichtgeschwindigkeit gemessen hatten,
Stefan Schael: da haben die das gemessen, weil wir davon ausgingen, dass das Licht,
Stefan Schael: also elektromagnetische Wellen, ein Medium brauchen, um sich auszudehnen.
Stefan Schael: Und das haben wir Äther genannt.
Stefan Schael: Und wenn es diesen Äther tatsächlich geben würde und die Lichtwellen sich in
Stefan Schael: diesem Äther ausbreiten, dann müsste es einen Unterschied machen,
Stefan Schael: ob ich das Licht also in Richtung der Flugbahn der Erde um die Sonne aussende
Stefan Schael: oder entgegengesetzt dazu.
Stefan Schael: Und Michelson und Morley haben gezeigt, das macht keinen Unterschied, den Äther gibt es nicht.
Stefan Schael: Das heißt, wenn wir jetzt ein Modell des Universums machen und sagen,
Stefan Schael: dafür brauchen wir aber Inflation, Vakuumenergie, also dunkle Energie, dunkle Materie,
Stefan Schael: dann ist ja die Frage, sind das Hilfskonstrukte, die wir einführen,
Stefan Schael: weil wir nicht verstanden haben, wie es wirklich funktioniert?
Stefan Schael: Oder gibt es diese Sachen wirklich? Also ist die Aufgabe der Experimentalphysik,
Stefan Schael: das kann ja sonst keiner machen, also Experimentalphysiker müssen versuchen
Stefan Schael: zu verstehen, was ist das?
Stefan Schael: Was sind das neue Elementarteilchen bei der dunklen Materie?
Stefan Schael: Was ist das? Sind das schwarze Löcher?
Stefan Schael: Sind das braune Zwerge? Also sowas wie der Jupiter, also was massiv genug ist,
Stefan Schael: um Masse zu haben, also viel Masse zu haben, aber nicht massiv genug, um zu leuchten.
Stefan Schael: Sind das weiße Zwerge, also Überbleibsel von, nicht von Supernova-Explosionen,
Stefan Schael: aber von Nova-Explosionen, Endstadium von Sternenentwicklung,
Stefan Schael: die wir nicht sehen, weil die halt nicht leuchten.
Stefan Schael: Ist es interstellares Medium, was wir nicht richtig verstehen.
Stefan Schael: Das heißt, sie gehen dann durch die Physikprozesse durch, versuchen das zu verstehen
Stefan Schael: und dann kommen wir zu dem Ergebnis, nichts von dem, was wir können,
Stefan Schael: ist in der Lage, das zu beschreiben.
Stefan Schael: Also die Neutrinos als Elementarteilchen sind nicht in der Lage,
Stefan Schael: dunkle Materie vernünftig zu beschreiben.
Stefan Schael: Wir können ausschließen, dass weiße Zwerge, braune Zwerge, schwarze Löcher die dunkle Materie sind.
Tim Pritlove: Weil die nicht genug Materie darstellen könnten?
Stefan Schael: Nein, weil wir verstehen, dass die bekannten Materieformen, also ich nenne da,
Stefan Schael: also der Fachbegriff ist baryonische Materie. Was ist das?
Stefan Schael: Das sind also, das ist Materie, die aus Atomkernen aufgebaut sind.
Stefan Schael: Also wir bestehen alle aus Atomen.
Stefan Schael: Das Atom besteht aus Atomkernen und Elektronen, was da drum herum fliegt.
Stefan Schael: Oder Elektronen, je nach Ladung des Kerns.
Stefan Schael: Der Kern selber besteht aus Protonen und Neutronen. So einen Protonen und Neutronen
Stefan Schael: bezeichnen wir als Baryonen. Alle chemischen Elemente sind aus Baryonen.
Stefan Schael: Protonen und Neutronen.
Tim Pritlove: Und bis vor kurzer Zeit war das eigentlich so die Sicht auf die Welt,
Tim Pritlove: dass alles daraus besteht?
Stefan Schael: Die Sicht auf die Welt ist immer noch, dass alle Materie daraus besteht.
Stefan Schael: Wir können aufgrund der Häufigkeit der chemischen Elemente im Universum heute
Stefan Schael: ausrechnen, dass nicht mehr baryonische Materie produziert worden ist am Anfang.
Stefan Schael: Das heißt, selbst wenn die dann in braunen Zwergen, weißen Zwergen oder schwarzen
Stefan Schael: Löcher als Endstadium von Sternen jetzt drin ist, dann reicht das nicht aus,
Stefan Schael: dass wir damit die dunkle Materie hinkriegen. Das heißt, wir brauchen neue Elementarteilchen.
Tim Pritlove: Und von der dunklen Materie weiß man eigentlich nur deshalb oder meint zu wissen,
Tim Pritlove: weil sonst die ganzen Zusammenhänge mit Gravitation etc. keinen Sinn mehr ergeben.
Stefan Schael: Genau, wir haben das Gravitationsgesetz getestet. Also wir sind in der Lage
Stefan Schael: zu beschreiben, wie die Erde um die Sonne kreist, wie Jupiter,
Stefan Schael: Saturn, Venus, Merkur, selbst Merkur im Detail, der durch ein sehr starkes Gravitationsfeld
Stefan Schael: durch muss und deshalb einige Eigenheiten hat, die wir beobachten können.
Stefan Schael: Es hat einen Nobelpreis gegeben für die Beobachtung von einem Pulsar,
Stefan Schael: bei dem man also beobachtet hat, wie die Periode, die Rotationsperiode von diesem
Stefan Schael: Neutronenstern sich verändert.
Stefan Schael: Das passt hervorragend zur Relativitätstheorie. Das heißt also,
Stefan Schael: in den letzten 50 Jahren haben wir die einsteinische Gravitationstheorie im
Stefan Schael: Detail mit immer größerer Präzision getestet.
Stefan Schael: Ihr Navigationssystem, was ich am Anfang gesandt habe, wäre jedes Mal um 20
Stefan Schael: Kilometer falsch, ohne Einsteins allgemeine Relativitätstheorie.
Stefan Schael: Auch Einstein hätte Ihnen das nicht vorhersagen können, dass Sie mal mit seiner
Stefan Schael: Theorie ein Navigationssystem machen.
Stefan Schael: Aber für uns ist das heute Alltag. Wir benutzen das und wir sehen,
Stefan Schael: dass das mit guter Präzision funktioniert.
Stefan Schael: Und dann ist die Annahme in den Naturwissenschaften immer, die einfachste Theorie ist die beste.
Stefan Schael: Und das heißt, wir haben eine Theorie der Gravitation, die funktioniert.
Stefan Schael: Wir haben aber Phänomene, die wir nicht beschreiben können.
Stefan Schael: Also muss es eine Erweiterung dieser Theorie geben. Wie sieht die aus?
Stefan Schael: Auf diese Fragen versuchen wir Antworten zu finden und wir wissen,
Stefan Schael: dass wir also nicht in der Lage sind, den Anfangszustand des Universums zu beschreiben.
Stefan Schael: Also Urknall kriegen wir nicht hin, schwarze Löcher kriegen wir nicht hin,
Stefan Schael: weil in diesen Fällen dieses Modell von Einstein einfach zusammenbricht.
Stefan Schael: Die Gleichungen sind divergent, also wie die Mathematiker sagen,
Stefan Schael: das heißt, da kommt unendlich raus und damit kann ich nichts anfangen.
Stefan Schael: Habt keine Vorhersagekraft mehr. Also da passiert was, was wir nicht verstehen.
Stefan Schael: Und das ist im Moment der Schlüssel, wie wir versuchen, da weiterzukommen.
Stefan Schael: Das heißt, die Frage jetzt für uns ist, welche Experimente können wir machen,
Stefan Schael: um zu verstehen, was dunkle Materie und dunkle Energie sind.
Stefan Schael: Und das ist der Grund, warum wir also gesagt haben, wir brauchen ein Experiment auf der Raumstation.
Stefan Schael: Wir können das also nicht mit terrestrischen Experimenten machen,
Stefan Schael: weil wir uns Phänomene angucken wollen, Wollen die also was mit den Grundlagen
Stefan Schael: dessen zu tun haben, wie dieses Universum aufgebaut ist, entstanden ist und
Stefan Schael: wie die physikalischen Zusammenhänge bei der Entwicklung sind?
Tim Pritlove: Jetzt sind wir schon wieder bei dem Uns, was die RWTH in diesem Lehrstuhl beschreibt.
Tim Pritlove: Zwischendurch gab es viel Uns, was so eigentlich die gesamte Welt der Physik betrifft.
Tim Pritlove: Und es ist ja auch nicht so, dass nur hier jetzt an diesem Problem gearbeitet werden würde.
Tim Pritlove: Etwas, was viel Wind gemacht hat in letzter Zeit und auch immer noch viel abstrahlt,
Tim Pritlove: ist das LHC-Experiment im CERN, dieser riesige Beschleunigungsring,
Tim Pritlove: bei dem ja im Prinzip eigentlich auch dieselbe Fragestellung dahinter steht, oder?
Stefan Schael: Ja, also es gibt, erstmal es gibt sehr viele Wissenschaftler,
Stefan Schael: was gut ist, die an diesen Fragestellungen arbeiten.
Stefan Schael: Also um das nochmal so ein bisschen einzuordnen, also das AMS-Experiment ist
Stefan Schael: von 60 Forschungsinstituten entwickelt worden.
Stefan Schael: Die RWTH Aachen war eins davon. Da sind 600 Wissenschaftler dann beteiligt,
Stefan Schael: nicht 20 in Aachen, die sowas machen können. Also das ist die richtige Skala dann.
Stefan Schael: Also uns ist, manchmal ist das der RWTH-Physiker, uns seine Gruppe,
Stefan Schael: manchmal sind das alle Physiker, manchmal ist das die ganze Menschheit, je nachdem.
Stefan Schael: Ich fühle mich zu allen zugehörig. Ja, natürlich.
Stefan Schael: Jetzt, wenn wir das versuchen einzuordnen, wie ist so der Zusammenhang mit den
Stefan Schael: anderen grundlegenden Experimenten in der Physik, die zurzeit laufen?
Stefan Schael: Dann ist der Versuch am CERN, an dem LHC-Beschleuniger, an dessen Forschungsprogramm
Stefan Schael: wir hier auch beteiligt sind, also wir ist jetzt RWTH Aachen, ich insbesondere.
Stefan Schael: Dann ist der
Stefan Schael: ansatz am zern eigentlich dass wir versuchen die
Stefan Schael: neuen elementarteilchen die wir suchen zu erzeugen
Stefan Schael: im labor das heißt wir machen kollisionen von von hoch energetischen protonen
Stefan Schael: und schauen uns die zerfallsprodukte an die dabei erzeugt werden und versuchen
Stefan Schael: zu verstehen wie die wechselwirkung am anfang aussah also bei diesen kollisionen
Stefan Schael: man könnte sagen wir Wir versuchen, so einen kleinen Urknall im Labor zu machen.
Stefan Schael: Wir sind natürlich um größten Ordnungen von den Energien weg,
Stefan Schael: die am Urknall wirklich geherrscht haben.
Stefan Schael: Aber wir versuchen, uns dem anzunähern und zu verstehen, welche physikalischen
Stefan Schael: Prozesse sind notwendig, um das zu beschreiben.
Stefan Schael: Und treten dabei neue Phänomene auf, insbesondere neue Elementarteilchen,
Stefan Schael: die in Frage kommen, um zum Beispiel dunkle Materie zu beschreiben.
Stefan Schael: Unser Problem bei diesen Experimenten ist,
Stefan Schael: Wenn wir da ein neues Elementarteilchen finden, dann steht da nicht dran,
Stefan Schael: ich bin dunkle Materie, sondern steht da im besten Fall dran,
Stefan Schael: ich bin ein neues Elementarteilchen, verstehe mich.
Stefan Schael: Und verstehe mich heißt dann, in dem Labor können wir die Bedingungen während
Stefan Schael: der Kollision kontrollieren, das heißt wir können die Energie verändern,
Stefan Schael: wir können bestimmte Eigenschaften der Teilchen versuchen zu verändern und versuchen
Stefan Schael: zu verstehen, was das ist.
Stefan Schael: Und das war in den letzten 50
Stefan Schael: Jahren, seitdem wir also an Beschleunigern arbeiten, extrem erfolgreich.
Stefan Schael: Wir haben viel über die Wechselwirkung und die Kräfte in der Natur dabei gelernt, das so zu tun.
Stefan Schael: Wenn wir jetzt aber ein neues Teilchen finden, und das soll dunkle Materie sein
Stefan Schael: im Universum, dann brauche ich ein anderes Experiment, was auch in der Lage
Stefan Schael: ist, die Eigenschaften dieser Teilchen zu messen, was aber im Weltraum ist.
Stefan Schael: Und sagt, ich schaffe die Verbindung.
Stefan Schael: Um im Bild zu sein, ich messe sowas wie einen Fingerabdruck von diesem Teilchen an dem Beschleuniger.
Stefan Schael: Das heißt, ich messe seine Eigenschaften.
Stefan Schael: Und ich messe die gleichen Eigenschaften im Weltraum. Und wenn die Eigenschaften
Stefan Schael: zusammenpassen, dann habe ich verstanden, was ich da habe.
Stefan Schael: Und das ist die Verbindung zwischen der Physik, die wir auf der Raumstation
Stefan Schael: machen, und der Physik, die wir an Beschleunigerexperimenten machen.
Tim Pritlove: Womit wir so ein bisschen beim eigentlichen Thema angekommen sind,
Tim Pritlove: das Alpha-Magnet-Spektrometer oder kurz AMS gab es bisher in zwei Varianten.
Tim Pritlove: Ein AMS-01, was eher so der Testballon war und jetzt noch in Betrieb seit 2011,
Tim Pritlove: das AMS-02 auf der Raumstation.
Tim Pritlove: Wann ist denn die Idee für dieses Projekt geboren worden und was soll das jetzt konkret tun?
Tim Pritlove: Also wie soll diese eigentliche Aufgabe, man muss das auch im Weltraum mal messen
Tim Pritlove: können, wie ist man da rangegangen und wo hat sich diese Idee überhaupt herausgebildet?
Stefan Schael: Ja, das ist also eine recht komplexe Frage.
Stefan Schael: Ich fange mal mit dem ersten Teil an. Wie hat sich das entwickelt?
Stefan Schael: Wer ist auf die Idee gekommen?
Stefan Schael: Vom 1995 hatten wir also die Situation, dass wir Beschleunigerexperimente am
Stefan Schael: CERN in Genf gemacht haben, an einem sehr ähnlichen Beschleuniger.
Stefan Schael: Der war in dem gleichen Tunnel eingebaut, hat aber Elektronen und Positronen
Stefan Schael: zur Kollision gebracht.
Stefan Schael: Und wir waren in der Situation, dass wir uns gefragt haben, was machen wir danach?
Stefan Schael: Und dann gab es also eine Richtung der Teilchenphysik, die haben gesagt,
Stefan Schael: wir ersetzen die Elektronen und Positronen in Beschleuniger durch Protonen.
Stefan Schael: Dann können wir höhere Energien erreichen, Schwerpunktsenergien und damit neue
Stefan Schael: Teilchen produzieren und neue Phänomene verstehen.
Stefan Schael: Und eine andere Gruppe hat gesagt, eigentlich die höchsten energetischen Beschleuniger
Stefan Schael: im Universum, das sind Supernova-Explosionen.
Stefan Schael: Also das kann ich auf der Erde nicht nachbauen. Also so viel Energie,
Stefan Schael: wie frei wird, wenn ein Stern explodiert, das kann ich auf der Erde nicht nachbauen.
Stefan Schael: Und es gibt noch hochenergetischer, das nennen wir aktive galaktische Kerne,
Stefan Schael: wo Teilchen auf noch höhere Energien beschleunigt werden können.
Stefan Schael: Und wenn Sie sich die Entwicklung in der modernen Physik angucken,
Stefan Schael: dann sind viele Erkenntnisse, die wir haben, aus der Beobachtung der kosmischen
Stefan Schael: Höhenstrahlung entstanden.
Stefan Schael: Die ersten Elementarteilchen sind da gefunden worden. Also das Antiteilchen
Stefan Schael: zum Elektron, das Positron ist da gefunden worden.
Stefan Schael: Myonen sind in der kosmischen Strahlung gefunden worden. Pionen.
Stefan Schael: Am Anfang hat es dafür noch Nobelpreise gegeben, weil man dachte,
Stefan Schael: das ist es jetzt. Es gibt vielleicht zwei, drei. Dann hat sich herausgestellt, das ist ein ganzer Zoo.
Stefan Schael: Und dann hat man in den 50er Jahren gesagt, also wisst ihr was,
Stefan Schael: die Rate in der kosmischen Strahlung ist zu klein. Wir bauen Beschleuniger.
Stefan Schael: Und dann studieren wir das.
Tim Pritlove: Was heißt denn, man hat das in der kosmischen Höhenstrahlung gefunden?
Tim Pritlove: Wo musste man sich denn befinden?
Stefan Schael: Ja, das ist also wirklich teilweise abenteuerlich.
Stefan Schael: Also die Leute haben Fotoemulsionen genommen und die Flugbahnen von den Teilchen
Stefan Schael: in diesen Fotoemulsionen gesehen und damit die Eigenschaften verstanden.
Stefan Schael: Das ging so weit, dass die, also die moderne Elektronik gab es ja nicht,
Stefan Schael: also Sintillationszähler, das ist also ein Plastikmaterial, da geht ein Teilchen
Stefan Schael: durch und erzeugt Licht.
Stefan Schael: Und wir lesen das heute mit elektronischen Geräten aus und zählen die Lichtblitze
Stefan Schael: und verstehen, was da passiert.
Stefan Schael: Aber die haben sich dann Kisten gebaut, die Sintillationszähler da reingetan
Stefan Schael: und haben sich in die Kisten gesetzt. Und die war absolut dunkel.
Stefan Schael: Und dann haben sie lang genug gewartet.
Stefan Schael: Nach mehreren Stunden ist das Auge so empfindlich, dass sie also diese Lichtblitze
Stefan Schael: dann auch so sehen können und zählen können.
Stefan Schael: Also Physik ist manchmal mühsam.
Stefan Schael: Und das Ergebnis war, es gibt also einen ganzen Zoo von Elementarteilchen.
Stefan Schael: Wie kriege ich den jetzt irgendwie sortiert? und das haben dann die Beschleunigerexperimente gemacht.
Tim Pritlove: Und nochmal zu Verständnis, diese kosmische Strahlung prasselt ohnehin die ganze Zeit auf uns ein.
Tim Pritlove: Also dazu muss man sich jetzt gar nicht auf Mount Everest begeben,
Tim Pritlove: sondern es reicht auch in der Straße stehen zu bleiben und sozusagen nur im
Tim Pritlove: richtigen Moment hinzugucken.
Stefan Schael: Die ist auch nicht so ganz unwesentlich dafür, dass es uns überhaupt gibt.
Stefan Schael: Also entdeckt worden ist sie von Victor Hess, auch wieder vor 100 Jahren,
Stefan Schael: Also in diesem Jahr vor 100 Jahren,
Stefan Schael: also genau vor 100 Jahren mit einem Ballonflug in der Nähe von Wien.
Stefan Schael: Der ist mit dem Ballon aufgestiegen und hat gemessen, wie viele elektrische
Stefan Schael: Teilchen er sieht, also geladene Teilchen er sieht und sich gewundert, dass das mehr werden.
Stefan Schael: Also eigentlich war er der Meinung, die kommen von der Erde.
Stefan Schael: Ja, und dann ist er aufgestiegen und hat gemerkt, das werden immer mehr.
Stefan Schael: Und dann war klar, die kommen eigentlich von oben.
Tim Pritlove: Keine Erdstrahlen.
Stefan Schael: Keine Erdstrahlen. Dann ist die Frage, was ist das?
Stefan Schael: Das sind Teilchen, die in kosmischen Beschleunigern wie einer Supernova-Explosion
Stefan Schael: auf hohe Energien beschleunigt werden und auf die Erdatmosphäre treffen.
Stefan Schael: Und die Erdatmosphäre schützt uns vor denen. Also wenn Sie Raumfahrt machen
Stefan Schael: und Sie nehmen also einen Astronauten und schicken den zum Mars,
Stefan Schael: dann wird er das wahrscheinlich nicht überleben. Er wird an Krebs sterben.
Stefan Schael: Entweder schon während des Fluges oder kurz nachdem er hier auf der Erde gelandet
Stefan Schael: ist, weil die Strahlung einfach viel zu hoch ist. Die Erde ist ein sehr geschütztes Reservoir.
Stefan Schael: Wir haben ein Erdmagnetfeld und eine Erdatmosphäre, die uns vor dieser kosmischen Strahlung schützt.
Stefan Schael: Auf der Raumstation sind wir immer noch im Erdmagnetfeld und wir werden zur
Stefan Schael: Hälfte durch den Erdschatten abgedeckt.
Stefan Schael: Wenn Sie aber ein freifliegendes Raumschiff haben, dann ist die Strahlung das
Stefan Schael: größte Problem. Also Leben, Leute dahin zu bringen.
Tim Pritlove: Wie viel Prozent schirmt die Erde ab? Wie viel kommt trotzdem noch durch?
Stefan Schael: Also es kommt so wenig durch, dass Sie zwar interessante Sachen darin finden
Stefan Schael: können, aber wenn Sie verstehen wollen, was kommt also primär,
Stefan Schael: dann müssen Sie bei den niedrigen Energien in den Weltraum gehen.
Stefan Schael: Dann werden zwar die Teilchen durch das Erdmagnetfeld abgelenkt, aber nicht verändert.
Stefan Schael: Bei sehr hohen Energien gibt es also Experimente, die benutzen die Erdatmosphäre,
Stefan Schael: damit die Teilchen also einen sogenannten Teilchenschauer in der Erdatmosphäre
Stefan Schael: erzeugen, wie das Pierre Auger Observatorium in Argentinien.
Stefan Schael: Und gucken sich diese Schauer, also die Sekundärteilchen an,
Stefan Schael: die da angekommen sind, um Informationen über das Primärteilchen zu erlangen.
Stefan Schael: Bei AMS ist der Ansatz ein anderer. Wir verlassen die Erdatmosphäre,
Stefan Schael: weil wir uns angucken wollen, was also sozusagen ungestört von der Erdatmosphäre hier ankommt.
Stefan Schael: Aber um den Gedanken noch eben zu Ende zu bringen, wenn wir keine kosmische
Stefan Schael: Strahlung hätten, dann hätten wir wahrscheinlich keine vernünftige Evolution hingekriegt.
Stefan Schael: Denn diese kosmische Strahlung verursacht natürlich in einigen Fällen,
Stefan Schael: wenigen Fällen zum Glück, aber genügend Fällen Schäden in dem Erbgut,
Stefan Schael: die eine Evolution in Gang setzen können. Also wenn sie das Erbgut immer nur
Stefan Schael: perfekt kopieren, kriegen sie keine Evolution hin.
Stefan Schael: Wenn sie zu viel kosmische Strahlung haben, dann ist die Schädigung zu groß
Stefan Schael: und sie können auch nicht überleben. Sie sterben an Krebs.
Stefan Schael: Ja, es ist ein sehr fein tariertes Gleichgewicht.
Tim Pritlove: Fortschritt durch Mutation.
Stefan Schael: Fortschritt durch Mutation, ja. Ohne Mutation gibt es keinen Fortschritt.
Stefan Schael: Also das ist nicht angenehm, aber so ist es.
Stefan Schael: Und die Idee von AMS ist, wir schauen uns das im Weltraum an,
Stefan Schael: wir gehen zurück zu den Anfängen der Teilchenphysik, wir machen Experimente
Stefan Schael: mit den höchsten energetischen Teilchen, die es gibt und wir machen das in einem
Stefan Schael: Bereich, wo wir die Anfangsbedingungen nicht kontrollieren können.
Stefan Schael: Also bei dem Beschleuniger kontrollieren Sie ja die Anfangsbedingungen.
Stefan Schael: Das heißt, Sie können die Wechselwirkungsrate einstellen, die Energie einstellen.
Stefan Schael: Da oben sehen wir alles, was es gibt.
Stefan Schael: Was nicht heißt, dass wir merken, was es ist und dass wir das alles verstehen
Stefan Schael: können. Aber wir haben keine Einschränkungen an den Anfangszustand.
Stefan Schael: Und das ist die spannende Idee bei AMS. Und dann haben sich die Gründungsväter
Stefan Schael: von AMS, zu denen ich nicht gehöre, weil 1995 war ich also gerade mit meiner Promotion fertig.
Stefan Schael: Da war ich noch nicht in der Position, um also solche Experimente vorzuschlagen.
Stefan Schael: Das ist vorgeschlagen worden von Herrn Professor Ting.
Stefan Schael: Der ist Professor am MIT in den USA, hat den Nobelpreis für Physik in den 70er
Stefan Schael: Jahren bekommen für die Entdeckung eines neuen Elementarteilchens.
Tim Pritlove: Als es noch Nobelpreise dafür gab?
Stefan Schael: Dafür noch Nobelpreise gab. Das war der letzte Nobelpreis, den es für die Entdeckung
Stefan Schael: eines Quarks gegeben hat, das Charmquark.
Stefan Schael: Der hat das vorgeschlagen, sich eine Gruppe von Mitstreitern gesucht.
Stefan Schael: Dazu gehörte mein Vorgänger hier in Aachen, Herr Professor Lübbelsmeier,
Stefan Schael: der dieses Experiment auf den Weg gebracht hat. und die Idee war eigentlich ganz einfach.
Stefan Schael: Wir gehen also aus der Erstatmosphäre raus und wir sind damit in der Lage,
Stefan Schael: uns Teilchen anzugucken, die sich bisher keiner angucken konnte.
Tim Pritlove: Aber das Magnetfeld greift ja immer noch.
Stefan Schael: Das Magnetfeld greift immer noch und das greift auch vorher schon.
Stefan Schael: Das heißt, wir verlieren die Richtungsinformation.
Stefan Schael: Wenn Sie sich angucken, was wissen wir vom Universum, dann wissen wir das im
Stefan Schael: Wesentlichen aus der Beobachtung der neutralen Teilchen.
Stefan Schael: Das heißt also der Photon und der Neutrinos heute. Bei den Teilchen behalten
Stefan Schael: Sie die Richtungsinformationen.
Stefan Schael: Das heißt, Sie können die Quelle identifizieren.
Tim Pritlove: Also Licht.
Stefan Schael: Licht, das sind die Photonen. Neutrinos in jüngerer Zeit mit Detektoren.
Stefan Schael: Bei den geladenen Teilchen, die werden schon von den galaktischen Magnetfeldern abgelenkt.
Stefan Schael: Die werden durch Turbulenzen abgelenkt in dem interstellaren Medium.
Stefan Schael: Das heißt, die Richtungsinformationen haben wir nicht mehr.
Stefan Schael: Aber um mal ein Beispiel zu sagen, wenn wir uns angucken, wie das Universum
Stefan Schael: entstanden ist, dann gehen wir davon aus, dass es vor dem Universum eigentlich nichts gab.
Stefan Schael: Also, sonst wäre es ja nicht der Anfang. Ja. Wenn es nichts gab,
Stefan Schael: dann kommt man zu der Idee, dass nichts müsste eigentlich elektrisch neutral sein.
Stefan Schael: Sonst ist es ja nicht nichts. Also wenn es eine elektrische Ladung hat,
Stefan Schael: dann ist es ja schon was. Also es hat keine elektrische Ladung.
Stefan Schael: Alle Versuche, die wir machen heute, zeigen uns, dass genauso viele positive
Stefan Schael: wie negative Teilchen dann produziert werden. Genauso viel Materie wie Antimaterie.
Stefan Schael: Heute verstehen wir nicht, wie es dazu kommt, dass diese vier Prozent,
Stefan Schael: die wir beobachten an Materie im Universum, dass das nur Materie ist.
Stefan Schael: Was ist mit der Antimaterie passiert?
Stefan Schael: Es könnte durchaus sein, dass es Bereiche gibt im Universum,
Stefan Schael: die aus Antimaterie bestehen. Vielleicht ist das Ganze symmetrisch.
Stefan Schael: Es gibt Antimaterie-Galaxien.
Tim Pritlove: Was ist Antimaterie nochmal?
Stefan Schael: Was ist Antimaterie? Also ich hatte versucht zu erklären, wie so ein Atom aufgebaut ist.
Stefan Schael: Das hat ein einfaches Atom, Wasserstoffatom, Atomkern, ist ein Proton und ein Elektronkreis darum.
Stefan Schael: Die Physik sagt aber, das muss völlig symmetrisch sein.
Stefan Schael: Es muss also ein Anti-Wasserstoffatom geben, was aus einem Antiproton,
Stefan Schael: dem Antiteilchen zum Proton, und einem Positron besteht, dem Antiteilchen zum Elektron.
Stefan Schael: So, das hat Dirac postuliert, aufgrund von theoretischen Überlegungen.
Stefan Schael: Und in der kosmischen Höhenstrahlung ist dann das Positron gefunden worden,
Stefan Schael: das Antiteilchen zum Elektron.
Stefan Schael: Das heißt, das hat dieselben Eigenschaften wie das Elektron,
Stefan Schael: nur die entgegengesetzte elektrische Ladung.
Stefan Schael: So, und wenn dieses Universum am Anfang genauso viel Materie wie Antimaterie
Stefan Schael: hatte, dann ist die Frage,
Stefan Schael: wo ist die Antimaterie geblieben, gibt es Bereiche aus Antimaterie und wenn
Stefan Schael: wir jetzt mit dem AMS-Experiment einen einzigen Antikohlenstoffkern sehen, dann wissen wir,
Stefan Schael: es gibt Sterne aus Antimaterie, denn Kohlenstoff kann nur in Sternen entstehen,
Stefan Schael: also es gibt Sterne aus Antimaterie im Universum und wir können dann nicht sagen, wo der ist.
Stefan Schael: Weil wir die Richtungsinformation nicht haben. Aber die Erkenntnis an sich,
Stefan Schael: dass es Bereiche im Universum aus Antimaterie gibt, würde also die Physik komplett revolutionieren.
Stefan Schael: Und das ist nur eine der Facetten, die sich AMS anguckt.
Stefan Schael: Und mit diesen Überlegungen, es ist also, selbst wenn wir die Richtungsinformation
Stefan Schael: nicht bekommen können, das liegt ja nicht daran, dass wir das Experiment irgendwie
Stefan Schael: schlecht machen, sondern dass die Natur dafür gesorgt hat,
Stefan Schael: dass diese Richtungsinformation nicht mehr vorhanden ist, gibt es genug physikalische
Stefan Schael: Fragen, die interessant genug sind, dass wir uns das mit solch einem Experiment
Stefan Schael: angucken können. Und das war die Geburtsstunde von AMS.
Stefan Schael: Das ist also eine Veröffentlichung, wo in Größenordnung 50 Personen draufstehen,
Stefan Schael: von Aachen, Herr Lübbelsmeier als Institutsleiter damals.
Stefan Schael: Und dann haben die Raumfahrtagenturen gesagt, also ihr seid Teilchenphysiker.
Stefan Schael: Wir glauben euch, dass ihr Experimente am CERN bauen könnt.
Stefan Schael: Aber so ein Experiment in den Weltraum zu bringen, ist schon noch ein bisschen was anderes.
Stefan Schael: Anderes. Und ihr müsst uns erstmal zeigen, dass sowas funktioniert.
Stefan Schael: Und das war die Idee von AMS1. Die Idee von AMS1 war, einen Prototypen zu bauen,
Stefan Schael: mit dem man zeigen kann, sowas kann man überhaupt machen.
Stefan Schael: Also Teilchendetektoren sind ja sehr empfindliche Messinstrumente.
Stefan Schael: Größenordnung zu geben, wir messen also die Flugbahnen von Teilchen durch solch
Stefan Schael: ein Instrument mit einer Genauigkeit von tausendstel Millimeter.
Stefan Schael: Tausendstel Millimeter. Jetzt überlegen Sie sich mal, wie Sie was bauen müssen,
Stefan Schael: dass Sie das vom Tisch schmeißen können.
Stefan Schael: Und das kann danach immer noch tausendstel Millimeter messen.
Stefan Schael: Und das vom Tisch schmeißen ist der Start mit dem Space Shuttle.
Stefan Schael: Das ist der vorsichtigste Start, den Sie überhaupt haben können in der Raumfahrt.
Stefan Schael: Das sind extreme Anforderungen von der Technologie. Das zweite Problem,
Stefan Schael: was es zu lösen galt, war, die Erde hat ja zum Glück ein Magnetfeld.
Stefan Schael: Wenn Sie jetzt geladene Teilchen messen wollen, brauchen Sie selber einen Magneten.
Stefan Schael: Weil nur mit einem Magneten können Sie die geladenen Teilchen ablenken und aus
Stefan Schael: der Ablenkung den Impuls und die elektrische Ladung messen.
Stefan Schael: Wenn Sie diesen Magneten aber nicht sehr sorgfältig auslegen,
Stefan Schael: dann starten Sie das Space Shuttle und danach haben Sie sämtliche Lagekontrolle verloren.
Stefan Schael: Weil dieser Magnetwechsel wirkt mit dem Erdmagnetfeld und genau wie eine Kompassnadel
Stefan Schael: dreht sich dann das Shuttle bei seinen 90 Minuten um die Erde die ganze Zeit
Stefan Schael: in dem Erdmagnetfeld und sie können gar nichts mehr tun.
Stefan Schael: Und da gab es in den 80er Jahren eine Entwicklung, dass also Physiker,
Stefan Schael: Festkörperphysiker sich aus ganz anderen Gründen mit Magnetfeldern auseinandergesetzt
Stefan Schael: haben und ein Konzept vorgeschlagen haben, wie man solch einen Magneten bauen kann.
Stefan Schael: Und dieses Konzept hat AMS umgesetzt mit einem sogenannten Permanentmagneten.
Stefan Schael: Er ist also aus seltenen Erden aufgebaut.
Stefan Schael: Ist auch an sich schon ein faszinierendes Projekt. Also die seltenen Erden kamen
Stefan Schael: aus China nach Deutschland gegangen zur Vakuumschmelze.
Stefan Schael: Vakuumschmelze hat daraus kleine Würfelchen gemacht.
Tim Pritlove: Also die seltenen Erden sind eigentlich Metalle.
Stefan Schael: Ja.
Tim Pritlove: Man sagt es halt so, was selten ist.
Stefan Schael: Ja, aber es sind halt Metalle mit bestimmten Eigenschaften.
Stefan Schael: Vakuumschmelze hat also die magnetisiert und kleine Würfelchen draus gemacht,
Stefan Schael: muss man sich vorstellen, so Kubikzentimeter groß.
Stefan Schael: Und die haben dann eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung schon und daraus
Stefan Schael: wollen sie also einen zylindrischen Magneten zusammenbauen.
Stefan Schael: Aus Würfeln kann ich keinen Zylinder bauen. Da gibt es immer Lücken.
Stefan Schael: Also sind diese Würfelchen in Deutschland produziert, wieder nach China gegangen
Stefan Schael: und jeder einzelne Würfel ist in Form geschnitten worden, dass ich daraus also
Stefan Schael: passgenau einen Zylinder bauen kann. Dafür brauchen sie sehr viel Personal.
Stefan Schael: Deshalb macht man das lieber in China. Das können sie nicht mit Maschinen machen, vernünftig.
Stefan Schael: Diese seltenen Erden, wenn die gepresst sind, sind also extrem brüchig.
Stefan Schael: Versuchen sie mal ein Keramikmesser zu schleifen. Also besser versuchen sie
Stefan Schael: es nicht. Das bricht in der Regel ab.
Stefan Schael: Das war also extrem arbeitsintensiv, aber ist in China dann gemacht worden.
Stefan Schael: Und die NASA war die Raumfahrtagentur, die das begleitet hat.
Stefan Schael: Und die hat ihre Ingenieure nach China geschickt, um den Prozess zu überwachen
Stefan Schael: und hat dann gesagt, so und jetzt wollen wir auskriegen, hält dieser Magnet
Stefan Schael: auch einen Start mit einem Space Shuttle aus.
Stefan Schael: Und das Einzige, was sie dann machen können, ist, um sich wirklich davon zu
Stefan Schael: überzeugen, dass sie zwei Baugleiche machen und den einen versuchen kaputt zu machen.
Stefan Schael: Also einen Distractive Test Test, wie das so schön heißt, also einen Test bis
Stefan Schael: zur Zerstörung, um wirklich rauszukriegen, wo sind die Grenzen in der Festigkeit.
Stefan Schael: Und der Prüfbericht von dem NASA-Ingenieur, der das gemacht hatte,
Stefan Schael: ist sehr instruktiv, der sagt nämlich, wir geben auf.
Stefan Schael: Also wir haben alles Equipment, was uns eingefallen ist, versucht zu verwenden
Stefan Schael: und wir können diesen Ring nicht kaputt kriegen, diesen Zylinder.
Tim Pritlove: Obwohl das eigentlich so ein brüchiges Material ist.
Stefan Schael: Ja, aber wenn das also in solch einer Metallmatrix verklebt ist,
Stefan Schael: dann ist das ein extrem robustes Objekt und diese Metallmatrix müssen sie sehr
Stefan Schael: robust auslegen, denn die magnetischen Kräfte, die da wirken,
Stefan Schael: sind viel größer als die mechanischen Kräfte bei dem Start von dem Space Shuttle.
Tim Pritlove: Das Ding hält sich sozusagen selbst zusammen.
Stefan Schael: Ja, das ist so ähnlich wie ein Gewölbe, was Sie bauen, wenn Sie den Stein in
Stefan Schael: die richtige Form geben und das zusammensetzen oder eine Brücke,
Stefan Schael: können Sie da drüber gehen und das fällt nicht ein zusammen.
Stefan Schael: So, und das heißt, damit ist es gelungen, dann solch einen Magneten zu bauen,
Stefan Schael: das Magnetfeld so auszulegen, dass es also in der Fachsprache heißt,
Stefan Schael: kein externes Dipolmoment hat.
Stefan Schael: Das geht physikalisch nicht, aber ein so kleines, dass dieses externe Dipolmoment
Stefan Schael: nicht mit dem Erdmagnetfeld wechselwirkt.
Stefan Schael: Und dann ist 1998 mit dem Space Shuttle Discovery dieser Prototyp geflogen.
Stefan Schael: Schaut man sich mal die Zeitskala an, das ist drei Jahre nach dem Vorschlag.
Stefan Schael: Also wenn wir heute Raumfahrtprojekte machen, dann können wir nur davon träumen,
Stefan Schael: dass also von der Idee bis zur Ausführung drei Jahre vergehen.
Stefan Schael: Das war sehr erfolgreich, sind viele wissenschaftliche Veröffentlichungen rausgekommen
Stefan Schael: und dann haben die Raumfahrtagenturen gesagt, so und jetzt habt ihr gezeigt,
Stefan Schael: das funktioniert, jetzt baut was für die Raumstation.
Tim Pritlove: Drei Jahre. Das ist wirklich erstaunlich schnell. Was hat dazu geführt.
Stefan Schael: Dass das möglich war?
Stefan Schael: Also erstmal muss man sehen, dass das vor den Abstürzen der Space Shuttle war.
Stefan Schael: Das heißt, die Sicherheitsanforderungen waren noch andere. Die Leute waren nicht
Stefan Schael: so sensibilisiert für Sicherheitsfragen.
Stefan Schael: Heute können sie das alleine schon deshalb nicht schaffen, selbst wenn sie alles
Stefan Schael: richtig machen, sie können nicht nachweisen, dass alles richtig ist.
Stefan Schael: Also der Aufwand an Dokumentation und an Testverfahren ist so groß geworden
Stefan Schael: jetzt, dass sie das in der Zeit einfach gar nicht schaffen können.
Stefan Schael: Das ist der eine Grund. Und der zweite Grund, die Teilchenphysiker arbeiten
Stefan Schael: anders als die Raumfahrtindustrie und als die, wie soll man das sagen,
Stefan Schael: auch die Raumfahrtagenturen.
Stefan Schael: Also die, Goldin war zu der Zeit der Chef von der NASA und der hat gesagt,
Stefan Schael: also wenn ich das intern hinkriegen würde, sowas, das wäre unglaublich.
Stefan Schael: Ja, die Teilchenphysiker, die waren gewohnt, Experimente zu bauen,
Stefan Schael: das heißt, wir haben diese Infrastruktur an den Universitäten,
Stefan Schael: das heißt also, so ein physikalisches Institut in Aachen hat eine große Werkstatt,
Stefan Schael: Mechanik, Elektronik inklusive Entwicklung.
Stefan Schael: Ähm, das heißt, es war relativ leicht möglich, ein großes Team von Wissenschaftlern,
Stefan Schael: Technikern sozusagen aus dem Stand zur Verfügung zu haben mit dem richtigen
Stefan Schael: Know-how, um das zu machen.
Stefan Schael: Und das Zweite war, die Raumfahrtagenturen selber haben das sehr geschickt gemanagt.
Stefan Schael: Die haben nämlich gesagt, also die können Instrumente bauen. Das glauben wir denen.
Stefan Schael: Raumfahrt kennen sie nicht. Also wir setzen ein Ingenieurbüro ein an der Schnittstelle,
Stefan Schael: was diesen Prozess überwacht, an deren Treffen teilnimmt, an deren Arbeitsbesprechungen
Stefan Schael: teilnimmt und denen unmittelbar eine Rückmeldung gibt, ob das,
Stefan Schael: was die sich überlegen, Sinn macht oder keinen Sinn macht.
Stefan Schael: Und zwar nicht, wie das so schön neudeutsch heißt, vor dem Hintergrund Mission
Stefan Schael: Success, sondern nur Mission Safety.
Stefan Schael: Also der Erfolg der Mission ist Aufgabe der Wissenschaftler.
Stefan Schael: Aber die Sicherheit der Mission ist unsere Aufgabe und darauf konzentrieren wir uns.
Stefan Schael: Und alles, was damit nichts zu tun hat, das lassen wir die Wissenschaftler machen,
Stefan Schael: das machen die vor Ort, das machen die schnell und das funktioniert.
Stefan Schael: So, und dann hat sich also die ETH Zürich bereit erklärt, sozusagen die gesamte
Stefan Schael: Integration, dass die in Zürich passiert. Also ein Instrument ist recht komplex.
Stefan Schael: Das ist da gemacht worden und dann ist das von Zürich mit einer 747 zum Kennedy
Stefan Schael: Space Center geflogen worden und mit dem Space Shuttle Discovery geflogen worden.
Stefan Schael: Und das war ein Erfolg, was für ein so dreijähriges Projekt also schon ein gutes Aushängeschild ist.
Tim Pritlove: Wer hat denn das finanziert?
Stefan Schael: Und was wir damals im Wesentlichen gemacht haben, sind Tragestrukturen,
Stefan Schael: Kohlefasertragestrukturen zu bauen, zu entwickeln.
Stefan Schael: Und etwas, was sich Laser Alignment System nennt, das ist also ein optisches
Stefan Schael: System, was die mechanische Stabilität dieses Instruments überwacht hat.
Stefan Schael: Das war also von deutscher Seite recht bescheiden. Im Wesentlichen finanziert
Stefan Schael: worden ist das von Schweizer Seite, ETH Zürich.
Stefan Schael: Die Schweizer Gruppen haben viel finanziert und das MIT über Herrn Ting,
Stefan Schael: Italien, das waren die wesentlichen Geldgeber. Mhm.
Tim Pritlove: Das war jetzt aber auch noch, sagen wir mal, ein vergleichsweise kleineres Experiment-Setup
Tim Pritlove: im Vergleich zu dem, was dann später kam.
Tim Pritlove: Wie groß muss man sich das Ding vorstellen?
Stefan Schael: AMS 1 oder AMS 2?
Tim Pritlove: Nee, die erste.
Stefan Schael: AMS 1 würde ich sagen, ein bisschen mehr als ein Kubikmeter instrumentiertes Volumen.
Stefan Schael: So was wie zweieinhalb bis drei Tonnen Gewicht.
Tim Pritlove: Also schon eine signifikante Last.
Stefan Schael: Also für Raumfahrt, wenn man sich anguckt, was der Aufwand ist,
Stefan Schael: um ein Kilogramm Material auf die Raumstation zu bringen, das ist schon ein
Stefan Schael: signifikanter Teil des Materials und das war in dem Flug auch die wesentliche
Stefan Schael: Nutzlast von dem Space Shuttle.
Stefan Schael: Das hatte als sonstige Aufgabe zum ersten Mal an die Mira anzudocken und hat
Stefan Schael: dieses Experiment halt mitgeflogen.
Stefan Schael: Also bei AMS 2 sind die Dimensionen jetzt ein bisschen anders.
Stefan Schael: Da haben wir so 60 Kubikmeter instrumentiertes Volumen.
Stefan Schael: Also 5 mal 4 mal 3 Meter ist das Ganze groß, wiegt knapp 8 Tonnen,
Stefan Schael: braucht zweieinhalb Kilowatt Strom.
Stefan Schael: Das ist also schon eine Nummer größer, eine Nummer aufwendiger.
Stefan Schael: Aber mit den Erfahrungen von AMS1 war das auch vertretbar.
Stefan Schael: In der wissenschaftlichen Entwicklung, Sie können normalerweise eine Größenordnung
Stefan Schael: extrapolieren, das funktioniert, also ein Faktor 10.
Stefan Schael: Faktor 100 ist schwierig, also da tauchen normalerweise ganz andere Probleme auf.
Stefan Schael: Und der Vergleich zwischen AMS 1 und AMS 2 ist so grob, also groben Faktor 10.
Stefan Schael: Ja, an einigen Stellen ist es mehr, an anderen Stellen ist es weniger,
Stefan Schael: aber grob ist es also eine Größenordnung schwieriger als AMS 1 zu machen.
Tim Pritlove: Bleiben wir nochmal kurz bei AMS 1. Also was konnte da jetzt konkret getan werden
Tim Pritlove: und was konnte bewiesen werden?
Stefan Schael: Also, zunächst einmal war die Hauptaufgabe zu zeigen, dass man so ein Instrument
Stefan Schael: in den Weltraum bringen kann. Also eine technische Frage.
Stefan Schael: Das heißt, die Hauptfrage war, seid ihr in der Lage, das zu bauen?
Stefan Schael: Wir fliegen das und dann kommt das wieder runter und das funktioniert immer noch.
Stefan Schael: Und hat sich nicht so verändert, dass dadurch eure Messergebnisse beeinflusst werden.
Stefan Schael: Das mussten wir also nachweisen. Das heißt, nach dem Flug ist das Instrument
Stefan Schael: in einen sogenannten Teststrahl gegangen, wieder am CERN und an der GSI in Darmstadt.
Stefan Schael: Und wir haben uns mit bekannten Teilchen angeguckt, dass das immer noch genauso
Stefan Schael: funktioniert wie vor dem Start.
Tim Pritlove: Das heißt, die Ergebnisse ließen sich auch erst nach Rückkehr der Mission überhaupt auslesen?
Stefan Schael: Die Ergebnisse kommen immer erst nach Rückkehr. Also die Daten werden da aufgezeichnet.
Stefan Schael: Wir haben 100 Millionen Teilchen aus der kosmischen Höhenstrahlung aufgezeichnet.
Stefan Schael: Das war damals also so die größte Datenmenge, die man hatte, primär gemessen.
Tim Pritlove: In zehn Tagen.
Stefan Schael: In zehn Tagen Flug.
Stefan Schael: Wir haben dabei, also ich will zwei wissenschaftliche Ergebnisse sagen.
Stefan Schael: Also wir haben zum einen natürlich nach Antimaterien der kosmischen Strahlung gesucht.
Stefan Schael: Wir haben keine gefunden. Jetzt kann man sagen, das ist schlecht.
Stefan Schael: Eigentlich ist das doch nur ein Erfolg, wenn ihr was findet.
Stefan Schael: Aber jetzt gehe ich wieder zurück zu dem Experiment von Michelson und Morley.
Stefan Schael: Die haben nicht gefunden, dass die Lichtgeschwindigkeit sich ändert.
Stefan Schael: Die haben gefunden, dass die Lichtgeschwindigkeit sich nicht ändert.
Stefan Schael: Das war die Erkenntnis. Wir haben keine Antimaterie gefunden.
Stefan Schael: Wir haben damit die Erkenntnis darüber, wie viel Antimaterie es im Universum
Stefan Schael: geben kann, deutlich verbessert.
Stefan Schael: Was auf der anderen Seite heißt, wenn es keine Bereiche aus Antimaterie im Universum
Stefan Schael: gibt, dann müsste es eigentlich...
Stefan Schael: Neue physikalische Wechselwirkungen geben, die diese Asymmetrie erklären zwischen
Stefan Schael: Materie und Antimaterie und heißt, dass wir also an einer anderen Stelle suchen
Stefan Schael: müssen. Wir können diesen Bereich also abschließen.
Tim Pritlove: Aber wie findet man denn bitte etwas, was man noch nie gesehen hat?
Stefan Schael: Genau.
Tim Pritlove: Wie baut man ein Instrument für etwas? Also nach welchem Plan kann man,
Tim Pritlove: also wenn da jetzt so dieses,
Tim Pritlove: Antimaterie-Kohlenstoff-Atom daherkommt, so nach langer Reise,
Tim Pritlove: ein paar hundert Millionen Jahre unterwegs, trifft dann rein zufällig auf dieses
Tim Pritlove: ams auf was also woran kann man denn erkennen dass es sich dabei auch um das handelt.
Stefan Schael: Ja jetzt kommt wieder unser magnet ins spiel wir messen
Stefan Schael: die elektrische ladung der teilchen indem wir diese teilchen durch unser magnetfeld
Stefan Schael: durchfliegen lassen jetzt der magnet alleine tut es nicht sondern dieses magnet
Stefan Schael: volumen wird instrumentiert das heißt wir brauchen spur detektoren die wir da
Stefan Schael: einbauen diese spur detektoren erlauben uns die flugbahn dieser dieser Teilchen zu messen.
Stefan Schael: Und zwar mit einer Genauigkeit, dass wir also sowas wie sechs bis zehn Punkte
Stefan Schael: mit einer Genauigkeit von einem tausendstel Millimeter pro Punkt bekommen.
Stefan Schael: Und damit können wir feststellen, ob die Spur rechtsrum gekrümmt ist oder linksrum
Stefan Schael: gekrümmt ist. Einmal ist es Materie, einmal ist es Antimaterie.
Stefan Schael: Und jetzt sehen wir Heliumatome, das zweithäufigste Element,
Stefan Schael: Atomkerne in der kosmischen Strahlung, messen die und sehen,
Stefan Schael: die sehen aus, wie wir das erwarten.
Stefan Schael: Und dann Dann fragen wir von diesen Teilchen, die wir gut messen können,
Stefan Schael: mit denen wir sozusagen unser Instrument kalibrieren können,
Stefan Schael: wie viele von denen gibt es mit der entgegengesetzten elektrischen Ladung?
Stefan Schael: Und dann finden wir kein einziges.
Stefan Schael: Und dann heißt das, in der kosmischen Strahlung kommt kein Antihelium vor.
Stefan Schael: Kohlenstoff konnte AMS 1 nicht. Kohlenstoff kann erst AMS 2.
Stefan Schael: Helium konnte AMS 1 schon und hat festgestellt, es gibt kein Antihelium.
Stefan Schael: So, und die spannende Frage ist immer, wie bauen Sie ein Instrument,
Stefan Schael: mit dem sie nach was Neuem suchen wollen.
Tim Pritlove: Also es gibt keins oder es kam keins vorbei?
Stefan Schael: Die Antwort können wir nicht unterscheiden. Wir können nur sagen,
Stefan Schael: in der Beobachtungsdauer, die wir hatten, kam keins vorbei.
Stefan Schael: Könnte durchaus sein, dass es welche gibt, aber die sind so selten,
Stefan Schael: dass wir sie nicht sehen.
Tim Pritlove: Aber wenn 96% des Universums aus Antimaterie bestehen und man interagiert üblicherweise
Tim Pritlove: mit 4%, dann müsste ja eigentlich...
Stefan Schael: Moment, jetzt kommt wieder wieder das, was häufiger passiert.
Stefan Schael: Dunkle Materie, dunkle Energie, Antimaterie, das sind völlig verschiedene Sachen. Also,
Stefan Schael: diese 4% Materie, die wir im Universum haben,
Stefan Schael: Das sind Teilchen, die aus Baryonen im Wesentlichen aufgebaut sind,
Stefan Schael: die wir beobachten können.
Stefan Schael: Diese 96 Prozent dunkle Materie und dunkle Energie, da können wir ausschließen,
Stefan Schael: dass das Antimaterie ist.
Tim Pritlove: Ah, noch mal was anderes.
Stefan Schael: Das hat also damit gar nichts zu tun, sondern es ist eigentlich die Frage,
Stefan Schael: wenn ich Elementarteilchen miteinander kollidieren lasse, also nach Einsteins
Stefan Schael: Formel E gleich mc² Energie in Masse umwandle, Dann habe ich ja am Anfang,
Stefan Schael: wenn ich das mache, Energie.
Stefan Schael: Energie hat keine elektrische Ladung.
Stefan Schael: Und am Ende, habe ich dann eine elektrische Ladung oder nicht?
Stefan Schael: Wenn ich unterschiedlich viel Materie und Antimaterie produziere,
Stefan Schael: habe ich eine elektrische Ladung.
Stefan Schael: Also wenn ich unterschiedlich viel Elektronen und Positronen mache,
Stefan Schael: ist die Nettoladung nachher von null verschieden.
Stefan Schael: Nur wenn ich genauso viele Elektronen wie Positronen mache, ist das,
Stefan Schael: was rauskommt, elektrisch neutral.
Stefan Schael: Alle Experimente auf der Erde zeigen uns, dass diese Symmetrie zwischen Materie
Stefan Schael: und Antimaterie weitgehend erfüllt ist.
Stefan Schael: Die kleinen Abweichungen, die wir gefunden haben, reichen bei Weitem nicht aus,
Stefan Schael: um die Asymmetrie im Universum zu erklären.
Stefan Schael: Jetzt suchen wir mit AMS nach Antimaterie. Das heißt, es könnte sein,
Stefan Schael: dass diese 4%, die die Materie ausmacht, im Universum, dass es also einen Teil
Stefan Schael: davon in Form von Antimaterie in anderen Galaxien gibt.
Stefan Schael: Und das ist die Aufgabe, was AMS versucht, diese Frage versucht AMS zu beantworten.
Stefan Schael: Und wir haben keine gefunden.
Stefan Schael: Das heißt nicht, dass es keine gibt, aber das heißt, mit der Sensitivität,
Stefan Schael: die wir hatten, konnten wir nichts sehen.
Stefan Schael: Ich versuche es wieder mal an einem Beispiel. Stellen Sie sich einen Wassertropfen
Stefan Schael: vor. Sie haben also eine Pfütze, einen Tümpel, nehmen einen Wassertropfen raus und gucken sich den an.
Stefan Schael: Und gucken und gucken und sehen nichts da drin. Und sagen, naja,
Stefan Schael: es ist Wasser, es ist halt nichts drin.
Stefan Schael: Dann kommt einer auf die Idee und sagt, ich baue ein Mikroskop.
Stefan Schael: Und guckt in den Wassertropfen. Und sieht ein ganz neues Universum.
Stefan Schael: Der sieht die Einzeller da drin, die da rumschwimmen und sie verstehen plötzlich,
Stefan Schael: wie Zellen funktionieren. Und, und, und.
Stefan Schael: Durch das Hingucken mit dem Auge haben sie nur gelernt, dass das ein Wassertropfen ist.
Stefan Schael: Durch das Hingucken mit dem Instrument, nämlich Mikroskop, was eine tausendmal
Stefan Schael: höhere Sensitivität als das Auge hat, lernen sie dann plötzlich,
Stefan Schael: was in dem Wassertropfen drin ist.
Stefan Schael: AMS 2, was wir auf die Raumstation gebracht haben, ist tausendmal empfindlicher
Stefan Schael: als alle Experimente, die wir vorher gemacht haben.
Tim Pritlove: Tausendmal.
Stefan Schael: Tausendmal. Mindestens tausendmal, in einigen Bereichen auch mehr.
Stefan Schael: Was wir dabei finden, das ist die spannende Frage.
Stefan Schael: Also wenn Sie das Mikroskop gebaut haben, dann haben Sie das auch nicht darauf
Stefan Schael: ausgelegt, den Einzeller in den Wassertropfen zu finden, sondern Sie haben das
Stefan Schael: gebaut, um Strukturen aufzulösen. Das war die Anforderung.
Stefan Schael: Wir haben AMS gebaut, dass wir Elementarteilchen sehen können.
Stefan Schael: Welche wir dabei finden, das wissen wir nicht. Wir hoffen natürlich,
Stefan Schael: dass wir welche finden, die wir bisher nicht kennen und aus denen wir was Neues lernen.
Tim Pritlove: So, nachdem also AMS01 so erfolgreich war, insofern als dass man bewiesen hat,
Tim Pritlove: man kann es bauen, man kann es hochschieben, es geht aber nicht kaputt und es
Tim Pritlove: detektiert auch tatsächlich, auch wenn nicht gerade das vorbeikam,
Tim Pritlove: was man gerne gesehen hätte,
Tim Pritlove: war dann die Entscheidung für ein Nachfolgeprojekt dann relativ leicht durchzusetzen?
Stefan Schael: Die Entscheidung für das Nachfolgeprojekt fiel auch noch, bevor ich an die RWTH Aachen kam.
Stefan Schael: Mein Vorgänger hat mir gesagt, es war schwierig, als ich also 2000 hier anfing.
Stefan Schael: Das war also im April 2000 und im Februar glaube ich, kam der Bescheid vom DLR,
Stefan Schael: dass wir das machen können.
Stefan Schael: Also eine Universität in Deutschland, wenigstens mit den Ressourcen,
Stefan Schael: die wir haben, kann sowas nie alleine machen.
Stefan Schael: Das muss also immer so sein. meiner meinung nach
Stefan Schael: auch zu recht dass also diese vorschläge in
Stefan Schael: einem wettbewerbsverfahren von einer wissenschaftsagentur sei das dfg sei das
Stefan Schael: dlr ausgesucht werden und dann wird gesagt also das ist das projekt was wir
Stefan Schael: verfolgen wollen das war ein riesenschritt
Stefan Schael: im vergleich zu der beteiligung über bei ms1 hatten das war so,
Stefan Schael: großenordnung also faktor zehn mehr was wir da gemacht haben.
Stefan Schael: Ich möchte, bevor ich darauf eingehe, noch einen Punkt anführen.
Stefan Schael: Also wir haben, als wir diese AMS-1-Messungen gemacht haben,
Stefan Schael: natürlich viele Teilchenflüsse gemessen in der kosmischen Strahlung und einige
Stefan Schael: Effekte gefunden, von denen man vorher gar nichts wusste.
Stefan Schael: Also zum Beispiel, wie Elementarteilchen in dem Magnetfeld der Erde gespeichert werden.
Stefan Schael: Dass die für bestimmte Sorten von Teilchen anders gespeichert werden,
Stefan Schael: als man das erwartet hat.
Stefan Schael: Also es kamen in Größenordnung zehn Publikationen raus, die sehr häufig zitiert worden sind.
Stefan Schael: Eine haben wir hier in Aachen auch komplett alleine gemacht,
Stefan Schael: relativ spät, 2003 bis 2007.
Stefan Schael: Also man sieht an der Zeitskala, wie schwierig das teilweise ist.
Stefan Schael: Die ist heute die am häufigsten zitierte Publikation von AMS überhaupt.
Stefan Schael: Und die hat Erkenntnisse über Eigenschaften von dunkler Materie geliefert.
Stefan Schael: Also nicht in dem Sinne, dass wir es gefunden haben, sondern gesagt haben,
Stefan Schael: wir messen bekannte Elementarteilchen und aus den Messungen sehen wir Hinweise
Stefan Schael: darauf, die man eventuell als Hinweise auf dunkle Materie interpretieren kann.
Stefan Schael: Also das ist ein recht komplexes Gebiet, aber es zeigt, dass die wissenschaftliche
Stefan Schael: Ausbeute von AMS 1 schon ziemlich positiv war. Also für solch einen Ingenieurflug,
Stefan Schael: eigentlich gedachten Ingenieurflug.
Stefan Schael: Dann haben wir AMS 2 genehmigt bekommen. Das war ziemlich zeitgleich mit meinem
Stefan Schael: Dienstbeginn hier an der RWTH Aachen.
Stefan Schael: Und dann hatten wir eine ganz andere Aufgabe. Wir mussten nämlich einen substanziellen
Stefan Schael: Anteil von AMS 2 hier in Aachen komplett selber entwickeln und bauen.
Stefan Schael: Und das haben wir dann in den nächsten Größenordnung fünf Jahren gemacht.
Stefan Schael: Das heißt, AMS 2 ist nicht ein einzelnes Instrument, sondern es setzt sich aus
Stefan Schael: sechs bis sieben, je nachdem wie genau man guckt, einzelnen Messinstrumenten
Stefan Schael: zusammen, die natürlich alle miteinander sprechen müssen,
Stefan Schael: Daten untereinander austauschen müssen und nachher heißt die Aufgabe,
Stefan Schael: setzt diese Einzelinformationen zusammen, man könnte sagen zu einem Gesamtbild.
Stefan Schael: Das heißt, was wir eigentlich machen, sind Fotografien von der kosmischen Strahlung.
Stefan Schael: Man kann das vielleicht mit einem Fotoapparat vergleichen, der also mit seinem
Stefan Schael: Sensor bei verschiedenen Farben misst.
Stefan Schael: Und erst wenn ich die ganz verschiedenen Farben zusammengesetzt habe,
Stefan Schael: dann weiß ich wirklich, was ich auf dem Bild habe.
Stefan Schael: Und das ist auch die Funktionsweise von AMS. Und wir haben halt den Teil von
Stefan Schael: AMS gebaut, der also sozusagen von den Teilchen als erstes durchflogen wird,
Stefan Schael: einen sogenannten Übergangsstrahlungsdetektor.
Stefan Schael: Das ist ein gasgefülltes Messinstrument, was also seine eigenen technischen
Stefan Schael: Schwierigkeiten dadurch hat, dass sie es einfach im Weltraum betreiben wollen
Stefan Schael: und Weltraum hat Vakuum.
Stefan Schael: Wenn Sie einen gasgefüllten Detektor haben, dann müssen Sie sich mal fragen,
Stefan Schael: wie dicht kann ich den bauen?
Stefan Schael: Jeder, der mal versucht hat, also nehmen Sie mal eine Wasserflasche,
Stefan Schael: die also nicht für kohlensäurehaltige Getränke ausgelegt ist,
Stefan Schael: eine Plastikflasche und füllen Sie da mal Sprudel rein und lassen das mal einen Tag stehen.
Stefan Schael: Dann werden Sie sich wundern, wie viel Kohlensäure da noch drin ist,
Stefan Schael: nämlich so gut wie gar nichts.
Stefan Schael: Und das machen sie bei einem Außendruck von einer Atmosphäre.
Stefan Schael: Jetzt machen sie das mal im Vakuum, dann geht das noch viel schneller.
Stefan Schael: Und unsere Aufgabe war, so etwas Flüchtiges wie CO2, also mit einem Strohhalm
Stefan Schael: festzuhalten, der also eine Wandstärke von weniger als einer Haardicke hat.
Stefan Schael: Gasgefüllte Röhrchen, gasgefüllte Strohhalme zu bauen und davon 5248 Stück,
Stefan Schael: sodass die dicht sind, weitgehend dicht sind, also weit das überhaupt geht.
Stefan Schael: Und die so zu bauen dass das ganze also leicht wird trotzdem groß also zwei
Stefan Schael: meter durchmesser hat dieses messinstrument 60 zentimeter höhe die fahrer.
Tim Pritlove: Material muss man den das gas dann einschließen damit.
Stefan Schael: Nicht entweicht ja also dass was wir genommen haben ist also im wesentlichen
Stefan Schael: eine kapton folie da sind ganz dünne zwei mikrometer dünne aluminiumschichten zwischen,
Stefan Schael: Und daraus haben wir aus dieser Folie, haben wir also bei einer Firma in England
Stefan Schael: Strohhalme wickeln lassen.
Stefan Schael: Die Folie ist ein Zentimeter breit, wenn man die also bekommt.
Stefan Schael: Und dann hat eine Firma in England daraus Strohhalme gewickelt und dann haben
Stefan Schael: wir Größenordnung 10.000 Strohhalme, jeder Strohhalm 2,50 Meter lang,
Stefan Schael: einzeln hier getestet auf seine Gasdichtigkeit und dann 5.000 Gute ausgesucht
Stefan Schael: und damit dieses Messinstrument gebaut.
Stefan Schael: Gebaut mit der Industrie hier in dem lokalen Bereich zusammen.
Stefan Schael: Dann diese Messinstrumente, also diese einzelnen Module, die dann aus diesen
Stefan Schael: Strohhalmen bestanden, getestet, qualifiziert für die Raumfahrt,
Stefan Schael: also Schütteltests gemacht, Thermovakuumtests gemacht.
Stefan Schael: Wir haben auch hier das Klinikum, also Luisen Hospital in Aachen eingespannt,
Stefan Schael: weil die zu der Zeit also den modernsten CT-Scanner in der Region hatten.
Stefan Schael: Und wir konnten also da die Mediziner, die wir vorher hier ausgebildet haben
Stefan Schael: in der Physik, überreden, dass sie uns also nachts an ihrem Messinstrument,
Stefan Schael: also an ihren CT-Scanner herangelassen haben,
Stefan Schael: damit wir also die Geometrie aus den Röntgenbildern rekonstruieren konnten von
Stefan Schael: den Kammern, die wir gebaut haben.
Stefan Schael: Denn es ist ja nicht trivial, aus etwas, was eine Wandstärke von weniger als
Stefan Schael: einem Haardurchmesser hat, etwas zwei Meter langes zu bauen,
Stefan Schael: was also auf einen Haardurchmesser gerade ist.
Stefan Schael: Um dieses Verfahren zu entwickeln und das zu testen, haben wir also diesen CT-Scanner
Stefan Schael: am Levisen-Hospital benutzt.
Tim Pritlove: Diese Gasmengen sind sehr überschaubar.
Stefan Schael: Also die Wandstärke ist nur 0,07 Millimeter.
Stefan Schael: Aber das Volumen, das ist also ein 6 Millimeter durchmessendes Röhrchen,
Stefan Schael: was zwei Meter lang ist und davon haben wir 5000.
Stefan Schael: Das gibt etwas über 200 Liter Gasvolumen, die wir da oben betreiben müssen.
Stefan Schael: Dafür gibt es ein Gasversorgungssystem, das ist am MIT in den USA entwickelt
Stefan Schael: worden. Das heißt also, wir haben einen Vorratsbehälter mitgenommen und da haben
Stefan Schael: wir also Xenon-Gas drin und CO2-Gas.
Stefan Schael: Und das wird also auf der Raumstation gemischt und damit füllen wir also die
Stefan Schael: Verluste, die wir durch die Diffusion durch diese 70 Mikrometer dicken Röhrchen
Stefan Schael: haben, die man nicht vermeiden kann.
Stefan Schael: Dann, ihre Sprudelflasche ist ja nicht undicht, wenn die Kohlensäure rausgeht.
Stefan Schael: Das diffundiert durch die Wände. Das tut es da oben natürlich auch, etwas schneller noch.
Stefan Schael: Und das heißt, wir müssen so einmal im Monat Gas nachfüllen,
Stefan Schael: damit das also stabile Bedingungen gibt für die Messungen, die wir machen wollen.
Tim Pritlove: Was ist denn jetzt, ist das jetzt schon die Basis des Funktionsprinzips?
Tim Pritlove: Also, das ist die erste Schicht, auf die die Teilchen auftreffen,
Tim Pritlove: sind diese Röhrchen mit diesem Xenon-Gasgemisch.
Tim Pritlove: Warum? Also warum?
Stefan Schael: Warum machen wir das?
Tim Pritlove: Warum ist das?
Stefan Schael: Ich hatte versucht zu erklären, dass also der Magnet und der Spurdetektor ausreichen,
Stefan Schael: um den Impuls und die Ladung zu messen.
Stefan Schael: Genau, weil man die Richtung nachweisen kann. Genau, weil man die Flugbahn rekonstruiert
Stefan Schael: und dann weiß man aus der Krümmung, also rechts rum gekrümmt oder links rum
Stefan Schael: die elektrische Ladung.
Stefan Schael: Und je hochenergetischer das Teilchen ist, desto schneller fliegt es durch das
Stefan Schael: Magnetfeld durch und desto weniger kann es sich also krümmen.
Stefan Schael: Ja, also das heißt, die Stärke der Krümmung ist ein Maß für die Energie der Teilchen.
Tim Pritlove: So funktioniert das ja auch beim LHC letztlich.
Stefan Schael: So funktioniert das beim LHC, so funktioniert das bei allen Teilchenphysikexperimenten
Stefan Schael: und so hat auch früher ihr Fernseher funktioniert.
Stefan Schael: Also ihr Röhrenfernseher, da war eine Elektronenkanone drin und ein Magnet und
Stefan Schael: die Elektronen wurden abgelenkt und damit wurde zeilenweise ihr Bild aufgebaut.
Stefan Schael: So, jetzt drehen wir das nur um. Also wir erzeugen die Elektronen nicht selber,
Stefan Schael: sondern die kommen von außen.
Stefan Schael: Wir lassen das Magnetfeld konstant und gucken uns an, wo fliegen die lang.
Stefan Schael: Und dann wissen wir, welche Energie die haben und welche elektrische Ladung,
Stefan Schael: also positiv oder negativ.
Tim Pritlove: Aber da muss man ja auch schon eine gewisse Erwartungshaltung haben,
Tim Pritlove: was für eine maximale Energie überhaupt auf einen einschlägt.
Tim Pritlove: Ich meine, bei dieser Dimensionierung des Magneten muss man ja dann auch schon
Tim Pritlove: so eine gewisse Erwartung haben, nicht, dass die dann alle so schnell kommen,
Tim Pritlove: dass man nur noch gerade Linien sieht. Richtig.
Stefan Schael: Das heißt also, solch ein Messinstrument hat eine gewisse Auflösung.
Stefan Schael: Genauso wie unser Mikroskop. Je besser die Linse, desto besser ist die Auflösung.
Stefan Schael: Bei AMS wird das limitiert durch die Genauigkeit, mit der ich die einzelnen
Stefan Schael: Spurpunkte messen kann.
Stefan Schael: Das geht halt auf Mikrometer genau und nicht auf Nanometer. Also das limitiert
Stefan Schael: die Genauigkeit, mit der ich die Flugbahn kenne. Und dann kann man den Magneten
Stefan Schael: nicht beliebig stark bauen.
Stefan Schael: Also je stärker der Magnet, desto stärker werden die Teilchen abgelenkt.
Stefan Schael: Aber die Technologie hat da natürliche Begrenzungen. Das heißt,
Stefan Schael: Wir können bis zu Energien, und jetzt ist die Frage, wie versteht man das,
Stefan Schael: bis zu 2 TeV, können wir Informationen aus dieser Krümmung und aus dieser Flugbahn
Stefan Schael: extrahieren, was das für Teilchen waren, welche Energie die hatten.
Tim Pritlove: Was heißt Teraelektronenvolt?
Stefan Schael: TEV sind Teraelektronenvolt. Was ist ein Elektronenvolt?
Stefan Schael: Das ist die kinetische Energie, die ein Teilchen gewinnt, wenn es ein elektrisches
Stefan Schael: Potenzial von einem Volt durchläuft.
Stefan Schael: Sie machen einen Plattenkondensator, eine Spannung von einem Volt dazwischen.
Stefan Schael: Welche Energie gewinnt das Teilchen, wenn es da durchläuft?
Stefan Schael: Das gewinnt eine Energie von einem Elektronenvolt. Und wir können bis 2 TEV
Stefan Schael: Elektronenvolt Aussagen treffen, was das für Teilchen waren.
Tim Pritlove: Das klingt aber schon ganz schön energetisch.
Stefan Schael: Das ist schon ganz schön energetisch. Da gibt es auch nur noch wenig Teilchen,
Stefan Schael: die mit so hohen Energien kommen. Aber es gibt Teilchen mit viel höheren Energien.
Tim Pritlove: Die kommen.
Stefan Schael: Das heißt, und es könnte durchaus sein, dass die Interessanten die sind,
Stefan Schael: die noch viel höher energetischer sind und wir können das nicht rauskriegen.
Stefan Schael: Da haben wir aber keine Wahl.
Tim Pritlove: Irgendwas muss man ja machen.
Stefan Schael: Wie wenn Sie das Mikroskop bauen. Sie können die Linsen nur nehmen,
Stefan Schael: die Sie haben. Vom Elektronenmikroskop wissen Sie noch nichts.
Tim Pritlove: Also mehr wäre jetzt auch technisch gar nicht möglich gewesen oder man hat sich
Tim Pritlove: einfach nur entschlossen, diesen Bereich zu nehmen in der Erwartung,
Tim Pritlove: dass man da schon genug Erkenntnisse sammeln kann?
Stefan Schael: Also wir sind mit den Technologien über das hinausgegangen, was man konnte,
Stefan Schael: als das vorgeschlagen worden ist.
Stefan Schael: Wir haben in vielen Fällen Neuland da betreten und man kann immer sagen,
Stefan Schael: ich hätte gerne noch eine bessere Auflösung.
Stefan Schael: Aber da muss man Gründe für haben und man muss das auch technisch können.
Stefan Schael: Wissenschaftlich, als das Experiment geplant war, sind wir davon ausgegangen,
Stefan Schael: dass in dem Energiebereich, den wir abdenken können, interessante Sachen passieren.
Stefan Schael: Ob das wirklich so ist, da halte ich mich gerne mit Ihnen.
Stefan Schael: Was wir machen können als Wissenschaftler, ist ein Instrument bauen,
Stefan Schael: was eine tolle Auflösung hat und toll funktioniert. Das können wir beeinflussen.
Stefan Schael: Was wir nicht beeinflussen können, ist, was die Natur macht.
Stefan Schael: Also irgendjemand hat mal festgelegt, wie dieses Universum aussieht, wie das funktioniert.
Stefan Schael: Auf diese Entscheidungen haben wir keinen Einfluss. Wir kennen sie auch nicht.
Stefan Schael: Also wir können nur aus unseren Beobachtungen darauf schließen, was da passiert ist.
Stefan Schael: Und wenn sie sich den Wassertropfen, also wenn sie destilliertes Wasser genommen
Stefan Schael: hätten unter ihrem Mikroskop, hätten sie nichts gesehen und gesagt, Wasser ist langweilig.
Tim Pritlove: Ja gut, aber ich schätze mal bei AMS01 hat man ja, hat man da auch schon die
Tim Pritlove: Energie selbst messen können?
Stefan Schael: AMS hat genauso funktioniert, allerdings hat das eine Auflösung,
Stefan Schael: die war um einen Faktor 40 schlechter.
Stefan Schael: Das heißt, wir konnten nicht bis 2 TeV das Ganze messen, sondern die Energieverteilung,
Stefan Schael: die wir aufgezeichnet haben, hören so bei 50 GeV etwa auf.
Stefan Schael: Ja, und es gab viele Komponenten, also abgesehen von der Energie und der Ladung
Stefan Schael: des Teilchens wollen sie ja noch was mehr wissen.
Stefan Schael: Also der eigentliche Angriffspunkt war ja, warum macht ihr diese Röhrchen da oben drauf?
Stefan Schael: Ein Teilchen hat zusätzlich noch eine Masse. Und das heißt, was wir wissen wollen,
Stefan Schael: ist die elektrische Ladung, die Energie und die Masse.
Stefan Schael: Dann wissen wir alles über das Teilchen, was uns interessiert im Moment.
Stefan Schael: Und die Masse messen ist sehr schwierig, denn was wir eigentlich bei dieser
Stefan Schael: Ablenkung in dem Magnetfeld messen, ist der Impuls und der Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit.
Stefan Schael: Das heißt, wenn ich jetzt an die Masse will, muss ich irgendwie die Geschwindigkeit messen.
Stefan Schael: Der Nachteil von diesen hochenergetischen Teilchen, also bei 100,
Stefan Schael: also bei GEV-Energien, also 10 hoch 12 Elektronenvolt-Energien,
Stefan Schael: die sind alle so schnell, die bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit.
Stefan Schael: Es gibt eine Höchstgeschwindigkeit und das ist die Lichtgeschwindigkeit.
Stefan Schael: Und das heißt, diese Abweichung von der Lichtgeschwindigkeit ist so klein,
Stefan Schael: dass Sie das nicht messen können.
Stefan Schael: Sie sind praktisch mit konstanter Geschwindigkeit.
Stefan Schael: Also müssen Sie sich andere Effekte überlegen, wie Sie Geschwindigkeit kriegen.
Stefan Schael: Und dieser Übergangsstrahlungsdetektor, der aus diesen Röhrchen besteht und
Stefan Schael: oben auf AMS drauf sitzt, dessen Aufgabe ist es, die Masse von Teilchen zu messen
Stefan Schael: über einen quantenmechanischen Effekt.
Stefan Schael: Und dieser Effekt nennt sich Übergangsstrahlung, das ist auch nicht weiter schwierig zu verstehen.
Stefan Schael: Wenn Sie also ein Teilchen haben, was also Übergänge passiert,
Stefan Schael: das können zum Beispiel dünne Folien sein, die Sie hintereinander stapeln,
Stefan Schael: dann muss dieses Teilchen an jedem dieser Übergänge ein Photon abstrahlen.
Stefan Schael: Damit die, also physikalisch gesprochen, damit die Wellenfunktion stetig und
Stefan Schael: differenzierbar einen Übergang hat bei dem Durchgang durch die verschiedenen
Stefan Schael: Medien mit einer verschiedenen Dielektrizitätskonstante.
Stefan Schael: Also einfach damit die elektromagnetische Welle funktioniert, die dazu gehört.
Stefan Schael: Und diese Übergangsstrahlung messen wir zusätzlich. Und damit können wir unterscheiden
Stefan Schael: zwischen leichten Teilchen und schweren Teilchen.
Stefan Schael: Denn die Energie dieser Übergangsstrahlung hängt davon ab, ab welches Verhältnis
Stefan Schael: zwischen Energie und Masse dieses Teilchens besteht.
Stefan Schael: Und diesen Effekt benutzen wir, um zwischen leichten Teilchen und schweren Teilchen zu unterscheiden.
Stefan Schael: Und das passiert am Eingang von AMS. Und dann gibt es im unteren Teil noch andere
Stefan Schael: Komponenten, die also auch versuchen, teilweise direkt die Geschwindigkeit zu messen.
Stefan Schael: Das funktioniert bei kleinen Energien und dann gibt es unten noch ein sogenanntes
Stefan Schael: Kalorimeter und das absorbiert Teilchen zum ersten Mal.
Stefan Schael: Also bis dahin versuchen wir nicht destruktiv zu messen, um die Teilchen nicht
Stefan Schael: zu beeinflussen. Aber ganz unten absorbieren wir die Elementarteilchen und messen ihre Energie.
Stefan Schael: Und dann wissen wir eigentlich ziemlich viel über dieses Teilchen.
Tim Pritlove: Wie absorbiert man die denn, wenn die da mit so Tera-Elektronen-Volt-Power da ankommen?
Stefan Schael: Also viele Teilchen können wir nicht absorbieren, also die Protonen zum Beispiel,
Stefan Schael: der Wasserstoffkern am häufigsten im Universum, den können wir nicht absorbieren.
Stefan Schael: Aber das ist auch schon eine Messung. Also wenn Sie da nur einen kleinen Energieeintrag
Stefan Schael: messen, dann wissen Sie, das war ein Proton, das ist nämlich durchgeflogen.
Stefan Schael: Ich sehe in allen Lagen von diesem Instrument gleich viel Energie deponiert.
Stefan Schael: Wenn da allerdings ein Elektron oder ein Positron ankommt oder ein Photon ankommt,
Stefan Schael: dann fängt das einen anderen physikalischen Prozess an und deponiert in den
Stefan Schael: Bleilagen seine Energie.
Stefan Schael: Zum Glück für uns.
Tim Pritlove: Das ist einfach nur Blei im Wesentlichen?
Stefan Schael: Ja, also Blei alleine wird es ja wieder nicht tun, weil wenn Sie da nur einen
Stefan Schael: Absorber hinstellen, dann wissen Sie nicht, was passiert.
Stefan Schael: Also Sie müssen diesen Absorber instrumentieren. Also das heißt,
Stefan Schael: Sie müssen wieder Messinstrumente einbauen, die Ihnen sagen,
Stefan Schael: wie viel Energie ist denn da deponiert worden. Und das messen wir.
Stefan Schael: Und die Elektronen und Positronen und Photonen deponieren ihre Energie in dem
Stefan Schael: Kalorimeter und die Protonen nicht.
Stefan Schael: Und damit können wir für diese Elementarteilchen die Energie messen und auch
Stefan Schael: identifizieren, dass es dieses Teilchen war.
Stefan Schael: Das heißt, wir wissen dann, was die Masse ist, weil nur die das tun. tun.
Stefan Schael: Es ist wie so ein Puzzle. Da fliegt ein Teilchen durch und das macht in dem
Stefan Schael: einen Detektor das, in dem nächsten Detektor das, in dem nächsten Detektor das.
Stefan Schael: Und dann schauen wir uns das Muster an und sagen, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit
Stefan Schael: in dem ersten Detektor ist das das, in dem zweiten Detektor ist das,
Stefan Schael: in dem dritten Detektor ist das.
Stefan Schael: Und dann suchen wir die Hypothese, die die Wahrscheinlichkeiten maximiert und
Stefan Schael: sagen, höchstwahrscheinlich war das das und,
Stefan Schael: Und die Kunst ist, das so zu machen, dass sie in möglichst vielen Fällen eine
Stefan Schael: eindeutige Aussage treffen können.
Stefan Schael: Und so haben wir dieses Instrument entwickelt und dann haben wir das natürlich
Stefan Schael: nicht nur gebaut, sondern wir haben das in einem Teststrahl am CERN mit bekannten
Stefan Schael: Teilchen kalibriert, um zu sehen, dass das genau so funktioniert, wie wir das erwarten.
Stefan Schael: Und die Eigenschaften also überprüft, bevor wir das auf die Raumstation gebracht haben.
Tim Pritlove: Sammelt, also überträgt den AMS diese ganzen Messdaten in Echtzeit,
Tim Pritlove: also empfängt man jetzt bereits den Datenstrom?
Stefan Schael: Ja, also das ist so, das ist einer der Gründe warum wir auf der Raumstation
Stefan Schael: sind also wir brauchen sehr viel Strom,
Stefan Schael: die Raumstation hat sehr viel Strom, also über die großen Solarpaneele und der
Stefan Schael: zweite Grund ist, wir brauchen sehr viel Bandbreite um diese Daten auf die Erde zu übertragen,
Stefan Schael: und die werden in Echtzeit übertragen, das
Stefan Schael: ist nicht trivial wir haben also in am
Stefan Schael: es selber so was wie 650 computer eingebaut
Stefan Schael: die in echtzeit diese daten komprimieren
Stefan Schael: wenn wir das alles richtig gemacht haben so komprimieren dass wir dabei keine
Stefan Schael: physikalischen informationen die für uns wichtig sind verliert und das was übrig
Stefan Schael: bleibt wird also übertragen über eine funk strecke über satelliten in die usa
Stefan Schael: und Und von da aus an das CERN-Forschungszentrum in Genf.
Stefan Schael: Und da sitzt unser Payload Operation und Control Center.
Stefan Schael: Und von da aus betreiben wir das Experiment. Und da ist auch das Science Operation
Stefan Schael: Center. Und da werden die Daten also analysiert.
Stefan Schael: Und dann werden sie an alle Forschungsinstitute, die dann beteiligt sind, verteilt.
Tim Pritlove: Werden die Rohdaten auch gespeichert? Ja. Also wenn das dann mal zurückkommt,
Tim Pritlove: dann hat man das auch noch.
Stefan Schael: Ah, Moment. Also die sozusagen unprozessierten Unkompromisse.
Stefan Schael: Das ist immer die spannende Frage, wie seid ihr sicher, dass ihr also nichts verliert.
Stefan Schael: Es gibt verschiedene Ebenen, auf denen diese Kompressionsalgorithmen passieren.
Stefan Schael: Und wir übertragen auf die Erde sowohl unkomprimierte als auch komprimierte Daten.
Stefan Schael: Von den unkomprimierten Daten aber nur einen ganz kleinen Bruchteil,
Stefan Schael: um das Datenvolumen klein zu halten. Und wir sind damit in der Lage,
Stefan Schael: die Kompressionsalgorithmen, die wir benutzen, zu optimieren und zu überprüfen.
Stefan Schael: Also ob wir damit physikalische Informationen verlieren.
Stefan Schael: Aber für die meisten Ereignisse werden die unkomprimierten Daten weggeschmissen.
Stefan Schael: Aber für einen Bruchteil, für einen kleinen Bruchteil gucken wir uns die an,
Stefan Schael: um sicher zu sein, dass wir nichts übersehen.
Tim Pritlove: Das heißt quasi so ein Verifikationskanal nochmal zusätzlich, um sicher zu sein und,
Tim Pritlove: das Ganze ist ja jetzt Mai 2011 gestartet, womit ist es gestartet?
Stefan Schael: War der letzte Flug von der Endeavour vom Kennedy Space Center gestartet das war also,
Stefan Schael: Ja, also eine etwas schwierige Operation, weil das Space Shuttle dann an der
Stefan Schael: Raumstation angedockt ist, dann muss das mit dem Roboterarm aus der Endeavor,
Stefan Schael: also die Endeavor selber hat einen eigenen Roboterarm, rausgenommen werden,
Stefan Schael: dann an den kanadischen Roboterarm an der Raumstation übergeben werden,
Stefan Schael: dann an die richtige Stelle bewegt werden und da muss man sich vorstellen,
Stefan Schael: da ist eine Klammer, die schnappt dann ein und dann gibt es also ein elektrisches
Stefan Schael: Kabel, was also den Power zur Verfügung stellt und ein optisches Kabel,
Stefan Schael: was die Daten da rausholt. Und das ist es.
Stefan Schael: Und die sind eingerastet und wir haben dann also….
Tim Pritlove: Also die ganze Installation wurde komplett robotisch gemacht, ohne Außeneinsatz der….
Stefan Schael: Ohne Außeneinsatz der Astronauten. Die standen also an den Joysticks und haben
Stefan Schael: also die Roboterarme bedient.
Stefan Schael: Und vier Stunden nach der Installation haben wir also mit der Datennahme angefangen.
Stefan Schael: Die läuft seitdem durch. Wir haben inzwischen sowas wie 16 Milliarden Teilchen
Stefan Schael: in der kosmischen Strahlung aufgezeichnet. aufgezeichnet, auf die Erde gefunkt.
Stefan Schael: Also das Instrument ist rund um die Uhr in Betrieb.
Stefan Schael: Wir sehen solche Sachen wie zum Beispiel Flares auf der Sonne.
Stefan Schael: Jetzt im Januar war also extrem hochenergetisch eine Eruption auf der Sonne.
Stefan Schael: Und wir sehen das in den Elementarteilchenflüssen hier, die wir beobachten.
Stefan Schael: Das ist eine der interessanten Beobachtungen für die Raumfahrtagenturen.
Stefan Schael: Ziel von AMS ist solch einen kompletten Sonnenzyklus. Also die Aktivität der
Stefan Schael: Sonne variiert über elf Jahre.
Stefan Schael: Wenn Sie einen Astronauten zum Mars bringen wollen, dann müssen Sie über einen
Stefan Schael: solchen Elfjahreszyklus verstehen,
Stefan Schael: welche geladenen Teilchen kommen von der Sonne, welche Wirkungen haben die auf
Stefan Schael: das Erbgut, also müssen Sie wissen, welche Energie die haben und welche Teilchen das sind.
Stefan Schael: Und eine der Aufgaben von AMS, also sozusagen die Brot- und Butterphysik, ist,
Stefan Schael: diese Teilchenflüsse zu messen und damit ein Modell zu liefern,
Stefan Schael: um eine Abschirmung überhaupt auslegen
Stefan Schael: zu können, mit der man also einen Astronaut zum Mars bringen kann.
Tim Pritlove: Erst mal wissen, was da drin ist im Regen.
Stefan Schael: Im Moment weiß man sehr wenig davon. Also wenn Sie das heute auslegen würden,
Stefan Schael: dann kommen Sie so auf Massenabschätzungen in der Größenordnung von 1000 Tonnen
Stefan Schael: für die Abschirmung, was nichts ist, was Sie also irgendwie zum Mars bringen könnten.
Stefan Schael: Allerdings, was Sie noch mehr beunruhigen muss, ist, dass die Abschirmung einen
Stefan Schael: Unsicherheitsfaktor von 5 hat.
Stefan Schael: Das heißt, wenn Sie auf die sichere Seite gehen wollten, müssten Sie 5000 Tonnen Abschirmung bauen.
Stefan Schael: Das will keiner zum Mars fliegen. Also die Aufgabe ist, diesen Faktor 5 klein zu kriegen.
Stefan Schael: Und dann gibt es auch Ideen dazu, wie man von diesen 1000 Tonnen auf 20 Tonnen
Stefan Schael: runterkommt, indem man diese Abschirmung nicht passiv macht,
Stefan Schael: also aus Aluminium, sondern indem man das mit Magnetfeldern macht,
Stefan Schael: wie die Erde das auch macht und damit dann Leute zum Mars bringen kann.
Tim Pritlove: Aber das ist ja schon ein interessanter Dual Use an der Stelle,
Tim Pritlove: dass man ja hier eigentlich das Experiment aufgebaut hat, um Grundlagenforschung,
Tim Pritlove: also vor allem Grundlagenforschung zu machen,
Tim Pritlove: dass man aber im Prinzip jetzt auch schon konkrete Informationen gewinnt,
Tim Pritlove: die jetzt auch für zukünftige Missionen einen Wert haben.
Stefan Schael: Ja, also es gibt bei solchen komplexen Forschungsprojekten immer ganz verschiedene Aspekte.
Stefan Schael: Das eine ist, die Raumfahrtagenturen, um es vorsichtig zu sagen,
Stefan Schael: also wie das Universum zustande gekommen ist, ist nicht ihr primäres Forschungsinteresse.
Tim Pritlove: Ja.
Stefan Schael: Aber bemannte Raumfahrt im Sonnensystem zu ermöglichen, gehört zu ihren primären Aufgaben.
Stefan Schael: Wenn man das hinkriegen will, muss man das alles verstanden haben.
Stefan Schael: Und AMS bietet sozusagen die Möglichkeit, zum ersten Mal über längere Zeit,
Stefan Schael: weil es auf der Raumstation ist und nicht an einem Ballon hängt in den oberen
Stefan Schael: Schichten der Erdatmosphäre oder ein kurz fliegender Satellit ist,
Stefan Schael: sondern Messdauern von 20 Jahren erreichen soll,
Stefan Schael: das systematisch zu untersuchen.
Stefan Schael: Dieser Dual Use Aspect, bei dem ersten Vorschlag von AMS 2 war der noch mehr
Stefan Schael: dabei, da war nämlich ein supraleitender Magnet vorgeschlagen worden,
Stefan Schael: also statt dem Permanentmagneten bei AMS 1 ein supraleitender Magnet.
Tim Pritlove: Der also gekühlt werden müsste dann?
Stefan Schael: Der müsste mit suprafluidem Helium auf unter zwei Kelvin gekühlt werden,
Stefan Schael: damit er da oben funktioniert.
Stefan Schael: Solch ein Magnet wäre in der Lage, eine magnetische Abschirmung für ein Raumfahrzeug
Stefan Schael: zu machen und damit würde er nur 20 Tonnen wiegen und damit könnten sie das
Stefan Schael: tatsächlich zum Mars fliegen, ohne dass sie sich über Strahlenschäden Gedanken machen müssen.
Tim Pritlove: Das war, dass man sozusagen gar nicht da so eine dicke Bleiwand drauf macht,
Tim Pritlove: sondern einfach so ein fettes Magnetfeld erzeugt quasi.
Stefan Schael: Zehn Tesla, Magnetfeld mit einem supraleitenden Magneten hätte ausgereicht.
Stefan Schael: Dafür müssten sie aber, bevor sie sich sowas trauen, nachweisen,
Stefan Schael: dass man einen supraleitenden Magneten im Weltraum betreiben kann.
Stefan Schael: Das hat noch keiner geschafft. Das will man schon lange.
Stefan Schael: Und am Ende muss man sagen, AMS hat es auch nicht geschafft oder nicht gemacht
Stefan Schael: am Ende, weil wir kurz vor dem Flug entschieden haben, dass wir also auf den
Stefan Schael: Permanentmagneten zurückgehen.
Stefan Schael: Das Problem mit diesen Magneten ist,
Stefan Schael: Super fluides Helium ist also im Weltraum technisch extrem schwierig,
Stefan Schael: weil das keine Oberflächenspannung mehr hat.
Stefan Schael: Das heißt, Sie können das nicht pumpen. Sie wissen nicht, wo das ist.
Stefan Schael: Das ist einfach verteilt an den Oberflächen, sitzt das irgendwo.
Stefan Schael: Und wenn Sie eine Pumpe da hinsetzen, dann pumpt das alles Mögliche,
Stefan Schael: aber im Wesentlichen kein Helium, weil das Helium irgendwo anders ist.
Stefan Schael: Also Sie fangen mit einem vollen Tank an, da ist natürlich Helium drin,
Stefan Schael: da können Sie pumpen, wo Sie wollen.
Stefan Schael: Aber wenn Sie ein bisschen was davon raus haben, dann sitzt das Helium irgendwo,
Stefan Schael: aber nicht da, wo Ihre Pumpe.
Tim Pritlove: Und man nuckelt die ganze Zeit am Nichts.
Stefan Schael: Man nuckelt am Nix. Also man muss sich dazu einige technische Lösungen einfallen lassen.
Stefan Schael: Dieses superfluide Helium ist also physikalisch extrem interessant.
Stefan Schael: Man kann das über Temperaturunterschiede von einem Ort in den anderen bewegen,
Stefan Schael: aber diese Temperaturunterschiede, die sie brauchen, sind tausendstel Grad.
Tim Pritlove: Und so rauspumpen, also nicht raussaugen, sondern so rausdrücken?
Stefan Schael: Ja, also mit so einem Kolben oder sowas. Dieses Helium geht durch jeden Spalt.
Stefan Schael: Also Sie können nichts da irgendwie, das interessiert das gar nicht.
Tim Pritlove: Das fließt da einfach dran vorbei.
Stefan Schael: Egal wie gut Sie das machen, das können Sie völlig vergessen.
Stefan Schael: Das Problem war mit diesem supraleitenden Magneten, dass wir den also fertig gebaut hatten 2010.
Tim Pritlove: Und Der ist schon gebaut worden.
Stefan Schael: Der war komplett fertig. Und da muss man jetzt wieder verstehen,
Stefan Schael: wie ist AMS eigentlich genehmigt worden?
Stefan Schael: AMS ist genehmigt worden für einen Flug auf der Raumstation von drei Jahren.
Stefan Schael: Nach drei Jahren sollte es mit dem Space Shuttle wieder nach unten gebracht werden, auf die Erde.
Stefan Schael: Und wie wir alle wissen, durch die Abstürze der Space Shuttle hat sich also
Stefan Schael: das Raumfahrtprogramm signifikant verändert.
Stefan Schael: AMS ist lange verzögert worden.
Stefan Schael: Und als wir soweit waren, dass wir diesen supraleitenden Magneten also in bei
Stefan Schael: der S-TEC in Nordwijk getestet haben in einer Thermowakuumkammer,
Stefan Schael: das war das erste Mal, dass wir ihn testen konnten.
Stefan Schael: Also wir brauchen eine sehr große Testeinrichtung, um überhaupt zu verstehen,
Stefan Schael: wie das funktioniert im Vakuum.
Stefan Schael: Da kam dabei raus, der sollte also eine Lebensdauer von 36 Monate haben,
Stefan Schael: er hatte aber nur eine von 30.
Stefan Schael: Also es war nicht so, dass der nicht funktionierte und diese Unsicherheit auf
Stefan Schael: unsere Messungen war Größenordnung vier Monate.
Stefan Schael: Er war nicht weit von der Spezifikation weg. Eigentlich war er sehr nah dran
Stefan Schael: und mit ein bisschen Optimismus hätten wir auch gesagt, also das versuchen wir.
Stefan Schael: Aber genau zu dem Zeitpunkt, als wir diese Messungen gemacht haben bei der S-TEC
Stefan Schael: in Nordwijk, gab es eine Tagung der Raumfahrtagenturen in Tokio und da haben
Stefan Schael: sich die Chefs der Raumfahrtagenturen darauf geeinigt, die Lebensdauer der ISS zu verlängern.
Stefan Schael: Und Shuttle-Flüge, um AMS wieder runterzubringen, gab es auch nicht mehr.
Stefan Schael: Und das heißt, die Frage war, wollen wir AMS da hochbringen und nach 30 Monaten
Stefan Schael: eventuell ist Feierabend?
Stefan Schael: Oder bauen wir AMS um auf einen Permanentmagneten und können damit dann 20 Jahre lang messen?
Stefan Schael: Und dann haben wir gesagt, wir bauen um auf den Permanentmagneten.
Stefan Schael: Das ist sicherer, das erlaubt uns 20 Jahre Messzeit, wir können viel tollere Physik machen.
Stefan Schael: Haben AMS, also von der S-TEC wieder zurück zum CERN gebracht und haben hier
Stefan Schael: in Aachen an der RWTH den Permanentmagneten von AMS 1 so umgebaut,
Stefan Schael: dass er in AMS 2 reinpasst.
Tim Pritlove: Also es ist tatsächlich derselbe Magnet?
Stefan Schael: Es ist derselbe, nicht der gleiche, sondern es ist wirklich derselbe Magnet
Stefan Schael: wie in dem ersten Space Shuttle Discovery geflogen.
Stefan Schael: Und wir haben hier innerhalb von drei Monaten es hingekriegt,
Stefan Schael: den so umzubauen, dass er er von außen genauso aussieht wie der supraleitende Magnet.
Stefan Schael: Und zwar nicht, damit er von außen so aussieht, sondern wenn Sie ein fertiges
Stefan Schael: komplexes Instrument haben, dann können Sie nicht das Herzstück davon rausnehmen
Stefan Schael: und durch was anderes ersetzen, was anders aussieht, wenn Sie innerhalb von
Stefan Schael: sechs Monaten den Flug hinkriegen wollen.
Stefan Schael: Und sowohl NASA als auch DLR haben diese Entscheidung unterstützt.
Stefan Schael: Das ist schon echt hardcore.
Tim Pritlove: Also so ein halbes Jahr bevor das Ding startet, Operation am Herzen sozusagen.
Stefan Schael: Ja, am offenen Herzen und wir waren aber im August dann soweit,
Stefan Schael: dass wir das fertige Instrument am CERN testen konnten und waren im September
Stefan Schael: am Kennedy Space Center. Der Start sollte im Oktober stattfinden.
Stefan Schael: Wie immer bei Raumfahrtprogrammen, der hat sich dann verzögert,
Stefan Schael: weil die Discovery vorher nicht vom Boden wegkam.
Stefan Schael: Die hatte also Probleme mit dem Wasserstofftank. Deshalb ist unser Start erst
Stefan Schael: im Mai dann passiert, aber die Vorgabe von der NASA war, entweder ihr seid im
Stefan Schael: September da oder ihr könnt es vergessen. Ja.
Tim Pritlove: Hat geklappt.
Stefan Schael: Heißt keine Consumables mehr, also kein Verbrauchsmaterial, was unsere Lebensdauer beschränkt.
Stefan Schael: Das heißt, wir sehen ganz entspannt den Entscheidungen entgegen,
Stefan Schael: wie lange es die ISS gibt.
Stefan Schael: Es wird auf jeden Fall noch für die nächsten zwei Jahre sein.
Stefan Schael: Also ich habe nichts davon gehört.
Tim Pritlove: Dass die ISS zugemacht wird.
Stefan Schael: Und alles, was länger ist, ist ein Plus für uns. Und wir können tolle Sachen da beobachten.
Stefan Schael: Denn bei den Sachen, die wir beobachten, ist ja nicht klar,
Stefan Schael: dass nicht ein seltenes Ereignis wie zum Beispiel eine Supernova-Explosion in
Stefan Schael: unserer Galaxie uns tolle physikalische Ergebnisse liefert, die wir eigentlich
Stefan Schael: nicht vorhersagen können, weil nur eine Supernova in unserer Galaxie alle 30 Jahre passiert.
Stefan Schael: Wenn wir aber 20 Jahre da oben sind, dann haben wir eine ziemlich gute Chance,
Stefan Schael: dass wir bei einer, die in der Nachbarschaft ist, messen können.
Tim Pritlove: Und es müsste aber eine sehr nahe sein.
Stefan Schael: Also wenn ich die Messergebnisse kennen würde, dann würde ich Ihnen sagen, wie nah die sein muss.
Stefan Schael: Ja, aber umso näher.
Tim Pritlove: Umso besser.
Stefan Schael: Das dient als Beispiel dafür, dass, wenn Sie an dem Beschleuniger sind,
Stefan Schael: dann machen Sie immer die gleichen Kollisionen. Ja.
Stefan Schael: Und dann geht es nur darum, möglichst viele davon aufzuzeichnen.
Stefan Schael: Wenn Sie da im Weltraum sind, dann gibt es Ereignisse, singuläre Ereignisse,
Stefan Schael: die dazu führen können, dass Sie Sachen sehen, die Sie ein Jahr vorher nicht
Stefan Schael: sehen können und ein Jahr später auch nicht sehen können.
Stefan Schael: Das heißt, es ist nicht so einfach zu beantworten, wie lange will man denn da
Stefan Schael: oben eigentlich messen.
Tim Pritlove: Ja, es ist Regen in der Wüste. ist.
Stefan Schael: Wegen in der Wüste, ich finde ein anderes Beispiel schöner.
Stefan Schael: Es gab dieses Super-Kamiokande-Experiment in Japan, dessen eigentliche Aufgabe
Stefan Schael: war, die Lebensdauer von den Protonen zu messen.
Stefan Schael: Und was die gefunden haben zwischendurch, sind Neutrinos von einer Supernova-Explosion,
Stefan Schael: weil halt 1987 gerade eine Supernova in unserer Galaxie explodiert ist.
Stefan Schael: Und die haben die Ankunftszeiten von den Neutrinos gemessen und damit rausgekriegt,
Stefan Schael: dass die also sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Stefan Schael: Das war Das war das tollste Resultat von denen. Das können sie nicht vorhersagen,
Stefan Schael: das können sie nicht planen.
Stefan Schael: Sie können nur in ihrem Proposal schreiben, wenn sowas passiert,
Stefan Schael: dann können wir das auch.
Stefan Schael: Was ich eigentlich sagen will, das Spannendste an AMS ist ja nicht das,
Stefan Schael: was wir auf unserer Liste stehen haben.
Stefan Schael: Wir haben eine lange Liste von Forschungsthemen. Von Strahlungsmessungen für
Stefan Schael: die bemannte Raumfahrt über dunkle Materie, über neue Materieformen,
Stefan Schael: die wir in Neutronensternen erwarten,
Stefan Schael: bis zur Propagation von geladenen Teilchen im galaktischen Magnetfeld,
Stefan Schael: was wir alles untersuchen wollen.
Stefan Schael: Darauf haben wir das Instrument optimiert. Aber wenn wir das alles finden,
Stefan Schael: da haben wir ein tolles wissenschaftliches Programm, aber der Durchbruch,
Stefan Schael: die Neuheit, das, was die Welt verändert, war nicht dabei.
Stefan Schael: Nur wenn wir was finden, was wir nicht auf unserer Liste haben,
Stefan Schael: was wir nicht erwartet haben, dann schaffen wir ja wirklich neues Wissen.
Stefan Schael: Das ist ein Glücksspiel. Also ich bin, wenn Sie mich jetzt fragen,
Stefan Schael: ja und was ist das? Und werdet ihr das finden?
Tim Pritlove: Naja, das ist mir schon klar. Das ist ein Mysterium.
Stefan Schael: Das ist das Spannende an Wissenschaft. Wir machen ein Experiment,
Stefan Schael: wo noch nie einer ein Experiment gemacht hat mit dieser Genauigkeit.
Tim Pritlove: Aber was konnte denn schon abgehakt werden? Also seit einem Jahr werden Daten geliefert.
Tim Pritlove: Man sieht wahrscheinlich den Daten dann relativ schnell schon mal so einen gewissen
Tim Pritlove: Grundwert an. Aber natürlich ist eine wissenschaftliche Auswertung auch dessen ein Trägerprozess.
Tim Pritlove: Gibt es denn schon irgendetwas, was schon hat abgehakt werden können?
Tim Pritlove: Zeichnet sich ab, dass für einen bestimmten Bereich das sehr gut oder vielleicht
Tim Pritlove: auch gar nicht funktioniert?
Stefan Schael: Ja, also jetzt muss man sich das, es hört sich ein bisschen überheblich an,
Stefan Schael: aber es ist ein bisschen schwieriger als Fernseher einschalten.
Stefan Schael: Also ich versuche das mal wieder mit einer Analogie zu machen.
Stefan Schael: Stellen Sie sich vor, Sie sind vor 20 Jahren und Sie haben einen Fernseher mit
Stefan Schael: einer Zimmerantenne in Ihrem Wohnwagen und Sie wollen ein gutes Bild kriegen.
Stefan Schael: Dann richten Sie die Zimmerantenne aus, dann haben Sie ein gutes Bild.
Stefan Schael: Jetzt machen wir es ein bisschen schwieriger, ich lasse Ihren Wohnwagen fahren.
Stefan Schael: Dann sind Sie die ganze Zeit da dran und drehen an Ihrer Antenne,
Stefan Schael: um das Bild stabil zu halten.
Stefan Schael: Wir haben nicht einen Fernseher, wir haben 300.000. Und wir versuchen,
Stefan Schael: um in dem Bild zu bleiben, 300.000 Antennen auszurichten, aber unser Wohnwagen
Stefan Schael: ist ein bisschen schneller als ihrer.
Stefan Schael: Wir fliegen nämlich in 90 Minuten einmal um die Erde rum.
Stefan Schael: Das heißt, unsere Randbedingungen, alles, was drumherum ist,
Stefan Schael: ändert sich kontinuierlich.
Stefan Schael: Die Sonneneinstrahlung ändert sich, damit ändern sich die Temperaturen.
Stefan Schael: Die Raumstation ist nicht primär dafür da, als Plattform für AMS zu dienen,
Stefan Schael: Sondern die ist für ein eigenes wissenschaftliches Programm zuständig.
Stefan Schael: Das heißt, da kommen Sojus-Kapseln an, da kommen Space Shuttle an,
Stefan Schael: die Raumstation wird gedreht, Solarpaneele sind in unserer Akzeptanz.
Stefan Schael: Mal haben wir Schatten, mal haben wir Sonne.
Stefan Schael: Die NASA unterstützt uns nach allen Möglichkeiten Also um Beispiel zu sagen,
Stefan Schael: es gibt da Radiatoren, um die Wärme der Raumstation abzustrahlen,
Stefan Schael: Wenn es uns zu kalt wird, dann dreht die NASA diese Radiatoren so,
Stefan Schael: dass die uns heizen Und zwar gezielt, also punktuell heizen,
Stefan Schael: wenn es an einigen Punkten zu kalt wird,
Stefan Schael: Dieser Betrieb von AMS auf der Raumstation selber ist eine Herausforderung an
Stefan Schael: sich Wir haben also in der Größenordnung zwölf Leute, 24 Stunden,
Stefan Schael: sieben Tage die Woche, auf Schicht, die dieses Instrument überwachen.
Stefan Schael: Und zwar nur überwachen, dass das funktioniert, also sich noch überhaupt nicht
Stefan Schael: die Daten angeguckt haben.
Tim Pritlove: Ja.
Stefan Schael: Wir haben dann ein wesentlich größeres Team, was also die Daten,
Stefan Schael: die da runterkommen, analysiert und versucht zu verstehen, ob diese ganzen Effekte,
Stefan Schael: die also zu Veränderungen führen können, ob wir die korrigieren können.
Stefan Schael: Das nennt man Kalibration in der Physik.
Stefan Schael: Das heißt, wir wollen sicherstellen, dass wenn wir was Neues finden,
Stefan Schael: das nichts damit zu tun hat, dass vielleicht ein Solarpanel irgendwie komisch
Stefan Schael: stand und wir da Sekundärteilchen herbekommen.
Tim Pritlove: Ja.
Stefan Schael: Und das, was für uns, Was ist Ihre Bilanz nach einem Jahr?
Stefan Schael: Ich war bei diesem Start am Kennedy Space Center.
Stefan Schael: Von diesen über sieben Tonnen, fast die Hälfte davon war von Strukturen gehalten,
Stefan Schael: die ich zu verantworten habe, also die an der RWTH gebaut oder in Auftrag gegeben worden waren.
Stefan Schael: Da waren sieben Leute, die haben dem ihr Leben anvertraut, dass wir hier keinen Fehler gemacht haben.
Stefan Schael: Als ich das erste Foto gesehen habe aus der Ladebucht, wo dieses Instrument
Stefan Schael: intakt war, keine Metallstreben irgendwie rausstanden, nicht auseinandergefallen.
Stefan Schael: Das war für mich die größte Erleichterung. Das ist eine enorme Verantwortung
Stefan Schael: gewesen für solch ein Uni-Institut.
Stefan Schael: Das nächste, als wir auf der Raumstation ankamen und das angestellt haben,
Stefan Schael: Unsere Röhrchen aus dieser 70 Mikrometer dicken Folie, die sind mittlerweile über 20 Jahre alt.
Stefan Schael: Die sind zusammengeklebt.
Tim Pritlove: 20 Jahre alt?
Stefan Schael: Über 20 Jahre. Das Rohmaterial wurde in den 90er Jahren hergestellt.
Stefan Schael: Dass das nach solch einem Shuttle-Start auf der Raumstation im Vakuum alle 5248
Stefan Schael: Kanäle funktionieren. Wir haben nicht einen einzelnen verloren.
Stefan Schael: Da sind 30 Mikrometer dicke vergoldete Wolframdrähte in diesen Röhrchen gespannt,
Stefan Schael: die eigentlich die elektrischen Signale dann rausholen. Die sind zwei Meter lang.
Stefan Schael: Kein einziger von denen ist gerissen. Das funktioniert 100 Prozent.
Stefan Schael: Und diese Geschichte, was ich jetzt an dem Beispiel von diesem Übergangsstrahlungsdetektor
Stefan Schael: erzähle, den wir gebaut haben, und man merkt vielleicht, dass ich ein bisschen
Stefan Schael: zufrieden oder stolz darauf bin, dass das alles funktioniert hat,
Stefan Schael: das gilt für die anderen Gruppen genauso.
Stefan Schael: Wir sehen oder wir sind mittlerweile in der Lage zu sagen, dass dieses Instrument
Stefan Schael: genau so funktioniert, wie wir es konzipiert haben.
Stefan Schael: Und das heißt natürlich auch, der Betrieb ist wesentlich schwieriger,
Stefan Schael: als wenn das nicht so gut funktionieren würde.
Stefan Schael: Also wenn Sie etwas bauen, was unpräzise ist, dann müssen Sie sich nicht viel
Stefan Schael: Mühe geben, um damit was zu machen.
Stefan Schael: Also Sie wollen die Länge eines Tisches messen und Sie haben einen Maßstab,
Stefan Schael: der recht ungenau ist, dann kommt es nicht darauf an, wie gut Sie den anlegen.
Stefan Schael: Aber wenn Sie eine Mikrometerschraube haben, dann müssen Sie sich schon Gedanken
Stefan Schael: darüber machen, bei welcher Temperatur habe ich denn gemessen.
Stefan Schael: Dieses Instrument funktioniert hervorragend. Das ist von allen Daten,
Stefan Schael: die wir sehen. Es funktioniert hervorragend.
Stefan Schael: Aber das heißt, dass wir jede Kleinigkeit verstehen müssen, um sicher zu sein,
Stefan Schael: mit der Genauigkeit, mit der wir nachher gucken, um wieder das Mikroskop zu
Stefan Schael: nehmen, die Linse war nicht krumm, sondern da war wirklich was.
Stefan Schael: Und damit sind wir gegenwärtig beschäftigt. Das machen wir jetzt seit einem
Stefan Schael: Jahr und das wird immer besser.
Stefan Schael: Also wir nähern uns einem Zustand, wo wir die ganzen Computerprogramme,
Stefan Schael: also am Ende passiert das natürlich mit Computerprogrammen, Sie werten 20 Milliarden Ereignisse,
Stefan Schael: die werten sie nicht von Hand aus,
Stefan Schael: sondern sie müssen Computeralgorithmen entwickeln und die müssen alle Eventualitäten kennen,
Stefan Schael: die bis dahin aufgetreten sind, um damit fertig zu werden.
Stefan Schael: Und was wir machen, ist diese Software zu entwickeln, zu testen,
Stefan Schael: ans Laufen zu kriegen, um stabile wissenschaftliche Ergebnisse zu produzieren.
Stefan Schael: Und wir nähern uns einem Zustand, dass wir das können und fangen jetzt an,
Stefan Schael: uns mit den physikalischen Fragestellungen, also unserem eigentlichen Forschungsprogramm,
Stefan Schael: denn Instrumentverstehen ist ja nicht das Forschungsprogramm,
Stefan Schael: das ist Mittel zum Zweck.
Stefan Schael: Wir fangen jetzt an mit unserem eigentlichen Forschungsprogramm uns zu beschäftigen
Stefan Schael: und das Ziel ist, dass wir Ende 2012, Anfang 2013 soweit sind,
Stefan Schael: die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse zu publizieren.
Stefan Schael: Also nicht technische Ergebnisse, irgendwas funktioniert so gut,
Stefan Schael: sondern die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse zu produzieren.
Stefan Schael: Und wir sehen an Beispielen schon, dass das hervorragend funktioniert.
Stefan Schael: Und ein Beispiel möchte ich nennen, also wir wissen, dass das Antiteilchen zum
Stefan Schael: Elektron dass das das Positron ist.
Stefan Schael: Wir haben in den AMS1-Daten schon gesehen, dass es mehr Positronen in der kosmischen
Stefan Schael: Höhenstrahlung gibt, als wir erwarten.
Stefan Schael: Und wir können jetzt mit AMS2 das zu viel höheren Energien messen,
Stefan Schael: mit viel mehr Statistik.
Stefan Schael: Und die höchstenergetischen Positronen, also Antiteilchen zum Elektronen,
Stefan Schael: die je in der kosmischen Höhenstrahlung nachgewiesen worden sind,
Stefan Schael: die sind mit AMS2 jetzt aufgezeichnet worden.
Stefan Schael: Wir haben schon die ersten Ereignisse. Und man kann das wirklich sich wie ein Foto vorstellen.
Stefan Schael: Man sieht die Flugbahn von dem Teilchen. Wir sehen, was jeder Teilchendetektor dazu sagt.
Stefan Schael: Das sind ganz saubere Ereignisse und das ist bei Energien, die sind also mehr
Stefan Schael: als ein Faktor zwei höher als das, was man vorher konnte.
Stefan Schael: Und diese Positronen sind sehr empfindliche Sonden für die Natur der dunklen
Stefan Schael: Materie und deshalb sind wir daran so interessiert.
Stefan Schael: Das ist ein Beispiel, woran wir sehen, dass die wissenschaftlichen Ergebnisse sehr gut sein werden.
Stefan Schael: Ob sie sensationell sein werden, das liegt nicht in unserer Hand.
Tim Pritlove: Das heißt, es zeichnet sich auch schon ab, dass jetzt so die Entscheidung für
Tim Pritlove: das Maximum bei zwei Teraelektronenvolt jetzt auch nicht die schlechteste Idee war.
Stefan Schael: Ich meine, eigentlich ist es keine Entscheidung. Wenn Sie uns gefragt hätten,
Stefan Schael: was wollt ihr, hätten wir gesagt, 10 Teraelektronenvolt.
Tim Pritlove: Hat aber keiner.
Stefan Schael: Sondern das, was man technisch kann.
Tim Pritlove: Auch mit dieser Limitierung scheint es schon gut zu funktionieren.
Stefan Schael: Es funktioniert hervorragend mit der Limitierung. Ob die spannenden physikalischen
Stefan Schael: Effekte in dem Energiebereich liegen.
Tim Pritlove: Ist offen.
Stefan Schael: Im Moment müssen wir sagen, dieser
Stefan Schael: Energiebereich ist nicht vernünftig erforscht. Wir werden das machen.
Tim Pritlove: Ja, nochmal eine Frage zu dem Wir-Kontext. Also eben hörte ich so,
Tim Pritlove: dass wir alle beteiligten Wissenschaftler heraus,
Tim Pritlove: nochmal konkret jetzt hier an den, an der Uni beteiligten Menschen,
Tim Pritlove: sind das dann vor allem auch viele Studenten?
Tim Pritlove: Also ist das quasi dann hier auch Teil der, schon mit der Ausbildung wiederum,
Tim Pritlove: sich aktiv an diesem Gerät mit zu engagieren?
Stefan Schael: Ja, also wir haben wissenschaftliches Stammpersonal, was die Universität sozusagen hat.
Stefan Schael: Da haben wir dazu Wissenschaftler, die also vom DLR finanziert werden,
Stefan Schael: die an dem Projekt mitarbeiten.
Stefan Schael: Und dann haben wir natürlich eine große Anzahl von Doktoranden,
Stefan Schael: von Studenten, die ihre Abschlussarbeiten an diesem Projekt machen.
Stefan Schael: Und das heißt, ja, das macht eigentlich die Attraktivität von solch einem Standort aus.
Stefan Schael: Also wie viele Möglichkeiten weltweit haben Sie, an solchen Projekten mitzuarbeiten?
Stefan Schael: Da gibt es relativ wenige.
Stefan Schael: Deutschland ist also als Industrienation führend genug, wohlhabend genug,
Stefan Schael: um sich solche Projekte der Grundlagenforschung zu leisten. Und das heißt,
Stefan Schael: wir können hier an der Grenze dessen, was technisch möglich ist, ausbilden.
Stefan Schael: Und das ist eine ganz wichtige Funktion.
Stefan Schael: Das, was mich so ein bisschen traurig macht in dem Zusammenhang,
Stefan Schael: ist, dass wir so gut ausbilden, dass die Leute teilweise noch in die Industrie
Stefan Schael: gehen, bevor sie ihre Ausbildung abgeschlossen haben.
Stefan Schael: Ja, teilweise sind die, also die gehen im Moment weg wie warme Semmel,
Stefan Schael: ja, die sind weg, bevor sie ihre Abschlussarbeiten fertig haben,
Stefan Schael: weil die Angebote so gut sind.
Stefan Schael: Das ist gut aus Sicht des Abnehmers, weil es zeigt,
Stefan Schael: wir bilden auf dem richtigen Niveau aus, die Leute werden nachgefragt,
Stefan Schael: aber aus Sicht des Forschers wäre es halt teilweise schön, wenn diese Abschlussarbeiten
Stefan Schael: abgeschlossen werden könnten.
Stefan Schael: Ja, das ist ein bisschen schwierig im Moment gegenwärtig. Also dieses Modell
Stefan Schael: funktioniert hervorragend.
Stefan Schael: Das muss auch so funktionieren. Wir können nur für etwa 10 Prozent der Leute
Stefan Schael: eine Karrieremöglichkeit in der Forschung anbieten.
Stefan Schael: 90 Prozent gehen in andere Bereiche.
Stefan Schael: Und das heißt, diese Ausbildung ist auch in der Physik so universell.
Stefan Schael: Das eigentliche Ziel ist, ich sage den Studenten immer, euch beizubringen, richtig zu denken.
Stefan Schael: Also gründlich zu denken, komplexe Probleme zu lösen. Das ist das, was Physiker können.
Stefan Schael: Die können nicht so viel auswendig wie die Mediziner. Also wenn ich am OP-Tisch
Stefan Schael: stehe, kann ich mir nicht überlegen, ich muss mal in die Bibliothek gehen und
Stefan Schael: irgendwas nachschlagen.
Stefan Schael: Das kann ich nicht machen. Aber als Physiker, die intellektuelle Herausforderung
Stefan Schael: ist die Komplexität. Bin ich in der Lage, intellektuell das überhaupt zu verstehen?
Stefan Schael: Nicht, kann ich es mir merken. Kann ich es verstehen?
Stefan Schael: Und die Anforderungen auch in der Industrie sind immer komplexere Zusammenhänge,
Stefan Schael: die durchdrungen werden müssen.
Stefan Schael: Und da sind Physiker extrem hilfreich. Also die Arbeitsmöglichkeiten sind breit
Stefan Schael: gestreut und nicht irgendwie auf einen Zweig gestreckt.
Tim Pritlove: Und so ganz verloren für die Grundlagenforschung sind sie dann in der Industrie
Tim Pritlove: aber auch nicht oder wie ist das Verhältnis zu sehen?
Stefan Schael: Häufig sind sie in Forschungsbereichen tätig. Jetzt muss man sich immer wieder
Stefan Schael: fragen, Grundlagenforschung und Grundlagenforschung.
Stefan Schael: Die Industrie versteht unter Grundlagenforschung naturgemäß was anderes als
Stefan Schael: die Universitäten, weil die
Stefan Schael: Grundlagenforschung in der Industrie soll ja immer eine Anwendung haben.
Stefan Schael: Ja, das ist die Grundlage für die nächste Anwendung, also für das nächste Produkt.
Stefan Schael: Die müssen ja Geld verdienen. Ich finde das gar nicht schlecht.
Stefan Schael: Das heißt, es ist eine staatliche Aufgabe, eigentlich die Grundlagen für die
Stefan Schael: nächste Generation von Grundlagenforschung in die Industrie zu legen.
Stefan Schael: Das machen wir an der Universität über solche Sachen wie AMS.
Stefan Schael: Aber das liefert dann das Ausbildungsniveau, dass die mit dem aktuellen Kenntnisstand,
Stefan Schael: also das, was Forschung heute kann, in die Industrie reingehen.
Stefan Schael: Und damit also diesen Wissenstransfer eigentlich leisten von dem,
Stefan Schael: was auf Universitätsniveau vielleicht funktioniert mit staatlicher Unterstützung,
Stefan Schael: zu was, was ich also kommerziell dann einsetzen kann.
Tim Pritlove: Sind denn die Universitäten in Deutschland generell gut genug aufgestellt,
Tim Pritlove: um an diesen Grundlagenforschungen auch teilzunehmen, auch vielleicht jenseits der Physik?
Stefan Schael: Ja. Also wir, wenn man das im internationalen Vergleich sieht,
Stefan Schael: wir können mit allen Universitäten mithalten, wenn wir das wollen.
Stefan Schael: Und für mich ist es mehr eine Frage, wo setzt man Prioritäten,
Stefan Schael: in welchen Bereichen will man das?
Stefan Schael: Aber wenn wir das wollen, also wir müssen uns nicht hinter ETH Zürich oder MIT
Stefan Schael: oder Ähnlichem verstecken.
Stefan Schael: Wenn ich mir angucke, was die anderen Gruppen leisten, was wir leisten können,
Stefan Schael: wir sind wettbewerbsfähig in jeder Beziehung.
Tim Pritlove: Wie ist denn das jetzt, jetzt ist das AMS da und wenn ich das richtig verstehe,
Tim Pritlove: ist diese ganze Astro-Teilchen-Physik eigentlich ein relativ neues Gebiet noch?
Tim Pritlove: Was muss denn jetzt als nächster Schritt kommen? Worüber wird denn jetzt nachgedacht? Was steht an?
Tim Pritlove: Das Ding ist ja jetzt oben und liefert seine Daten, da kann man jetzt nicht
Tim Pritlove: mehr viel dran drehen. Also man kann natürlich noch dran drehen,
Tim Pritlove: man kann an der Software drehen, etc.
Tim Pritlove: Und man muss vielleicht überhaupt erstmal neue wissenschaftliche Modelle auch
Tim Pritlove: aufbringen, um mit dem Datenstrom auch was anfangen zu können.
Stefan Schael: Ja, eigentlich heißt auch in der Physik, Sobald das eine Experiment fertig ist,
Stefan Schael: eigentlich schon vorher, muss man sich darüber Gedanken machen,
Stefan Schael: was macht man als nächstes?
Stefan Schael: Wie geht es weiter? Also Aufgabe der Universitäten ist ja, dieses Forschungsfeld
Stefan Schael: weiterzuentwickeln, also nicht einen gewissen Zustand einzufrieren und dann
Stefan Schael: 100 Jahre das Gleiche zu machen. Also wie entwickeln wir solch ein Gebiet weiter?
Stefan Schael: Was ich sehr instruktiv finde, ist sich das Hubble Space Teleskop anzugucken
Stefan Schael: als ein hervorragendes wissenschaftliches Instrument.
Stefan Schael: Das ist 1989, glaube ich, gestartet worden. geworden.
Stefan Schael: Es ist jetzt mehr als 20 Jahre in Betrieb. Wenn Sie sich die ersten Bilder von
Stefan Schael: Hubble angucken und das, was wir heute von Hubble sehen, dann sehen Sie einen
Stefan Schael: enormen Fortschritt, also in der Technologie dieses Instrumentes.
Stefan Schael: Das hat was damit zu tun, dass es am Anfang nicht richtig justiert war, das weiß ich alles.
Stefan Schael: Es musste repariert werden.
Stefan Schael: Es waren in Größenordnung 6 Missionen notwendig, um dieses Instrument über 20
Stefan Schael: Jahre am Leben zu halten und auf dem neuesten technischen Stand zu halten.
Stefan Schael: Das heißt für AMS, wenn wir in der Lage sind, qualitativ ähnlich hochwertige
Stefan Schael: wissenschaftliche Ergebnisse zu produzieren wie Hubble, was wir zeigen müssen erst,
Stefan Schael: dann stellt sich die Frage, ob wir diese 20 Jahre auf der Raumstation einfach
Stefan Schael: sitzen und warten müssen.
Stefan Schael: Oder ob wir um AMS herum, AMS als Kern, weitere Instrumente drumherum bauen,
Stefan Schael: die daraus also ein wesentlich leistungsfähigeres Gesamtinstrument machen.
Stefan Schael: Und das sind Überlegungen, mit denen wir jetzt angefangen haben.
Stefan Schael: Das lohnt sich aber erst, das ernsthaft zu diskutieren, wenn wir also,
Stefan Schael: würde ich jetzt mal sagen, im Laufe von 2013 ernsthafte wissenschaftliche Ergebnisse
Stefan Schael: vorlegen. Und man dann beurteilen kann, inwieweit das sinnvoll ist,
Stefan Schael: AMS weiter auszubauen oder umzubauen.
Stefan Schael: Das wäre also eine Möglichkeit, wie sich das weiterentwickeln kann.
Stefan Schael: Die andere Möglichkeit, die im Raum steht, ist, AMS ist ein ziemliches Universalinstrument
Stefan Schael: mit seinen ganzen Komponenten, die es da drin hat.
Stefan Schael: Wenn wir jetzt bestimmte Effekte sehen, kann man sich sehr gut vorstellen,
Stefan Schael: dass man also für diese Fragestellung optimiert, ein neues Instrument baut,
Stefan Schael: was man dann nicht unbedingt mit einem Satelliten fliegen muss,
Stefan Schael: aber in vielen Fällen kann man das also heute mit Stratosphärenballons machen,
Stefan Schael: die die NASA in der Antarktis starten kann, gegenwärtig als einzige Agentur,
Stefan Schael: Raumfahrtagentur in der Antarktis.
Stefan Schael: Und das hat nichts mit den Ballons zu tun, wie wir sie kennen.
Stefan Schael: Das sind also Ballone mit einem Volumen von einer Million Kubikmeter,
Stefan Schael: über 100 Meter Durchmesser hat die Hülle.
Stefan Schael: Die heben Nutzlasten von drei Tonnen hoch und die erreichen Flugdauern in über
Stefan Schael: 30 Kilometer Höhe von mehr als 40 Tagen.
Stefan Schael: Denn es gibt also im antarktischen Sommer zirkumpolare Winde,
Stefan Schael: die das stabil halten. Also einfach gesagt kreist das einfach um den Südpol.
Stefan Schael: Da wohnt auch keiner. Das heißt, man muss sich also nicht so über die Landeplätze Gedanken machen.
Stefan Schael: Dann wird das irgendwann zur Landung gebracht, indem man also das Helium ablässt.
Tim Pritlove: Ja.
Stefan Schael: Und auch damit kann man über 99% der Erdatmosphäre hinter sich lassen.
Stefan Schael: Sodass wir also überlegen müssen, für die nächsten 10, 15 Jahre,
Stefan Schael: wie sieht das Programm aus? Weltweit muss das überlegt werden.
Stefan Schael: Werden das Ballonexperimente sein? Wird das ein Ausbau von Von AMS werden das
Stefan Schael: neue Satellitenexperimente sein.
Stefan Schael: Und das wird damit zusammenhängen, was wir an wissenschaftlichen Ergebnissen von AMS bekommen.
Stefan Schael: Also das wird eine Diskussion in den nächsten drei, vier Jahren sein,
Stefan Schael: dass wir uns also ein entsprechendes Programm überlegen müssen,
Stefan Schael: wie wir das bei vernünftiger Nutzung der vorhandenen Ressourcen realisieren können.
Tim Pritlove: Ja, man kann ja jetzt davon ausgehen, dass es noch ziemlich lange in Betrieb ist.
Tim Pritlove: Das schreit ja jetzt nicht unbedingt sofort nach einem Ersatzgerät,
Tim Pritlove: was auch unabhängig von der ISS fliegt.
Tim Pritlove: Die ISS hat es ja schon gezeigt, ist eigentlich ein ganz guter Gastgeber mit
Tim Pritlove: der ganzen Stromversorgung etc.
Tim Pritlove: Pp. Aber es ist auf jeden Fall ein interessanter Wettkampf im Gange,
Tim Pritlove: um die letzten Mysterien oder zumindest die nächsten anstehenden Mysterien der
Tim Pritlove: Physik da zu entschlüsseln.
Tim Pritlove: Ist denn da, rund um das LHC-Experiment gibt es ja eigentlich so einen generellen
Tim Pritlove: Optimismus, der wahrnehmbar ist, dass man da auch in absehbarer Zeit zu neuen Erkenntnissen kommt,
Tim Pritlove: zumindest durch das Ausscheiden können anderer Varianten.
Tim Pritlove: Wie sehr, was ist Ihre Erwartung, wie sich dieses Feld, was jetzt in den letzten
Tim Pritlove: zehn Jahren schon so durchschüttelt worden ist, durch neue Erkenntnisse in den
Tim Pritlove: nächsten Jahren entwickeln wird?
Tim Pritlove: War es das jetzt erstmal wieder oder geht es jetzt erst richtig los?
Stefan Schael: Ja, Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen.
Stefan Schael: Man muss auch immer zwischen Wunsch und Wirklichkeit unterscheiden.
Stefan Schael: Natürlich ist der Wunsch von allen Beteiligten, dass das passiert,
Stefan Schael: bevor sie aus dem aktiven Dienst irgendwie ausscheiden.
Stefan Schael: Es ist wirklich eine eine extrem schwierige frage ich möchte auf zwei aspekte
Stefan Schael: in dem zusammenhang gehen dass die eine frage die mich umtreibt ist,
Stefan Schael: Wenn wir nur AMS haben in dieser Form auf der Raumstation und das findet irgendwas
Stefan Schael: Tolles, wie verifizieren wir das?
Stefan Schael: Ich habe versucht, in dem Gespräch klarzumachen, dass das ein sehr komplexes Instrument ist.
Stefan Schael: Also wie schließen wir aus, dass das, was wir beobachten, ein Artefakt aus der
Stefan Schael: Konstruktion dieses Experiments ist?
Stefan Schael: Was wir in der Vergangenheit deshalb immer gemacht haben, wenn Sie sich die
Stefan Schael: Beschleunigerexperimente angucken, wir haben immer mehrere gemacht.
Stefan Schael: Also an dem LHC gibt es deshalb zwei Instrumente, die das machen,
Stefan Schael: die das völlig unabhängig voneinander machen.
Stefan Schael: Bei AMS versuchen wir das jetzt so ein bisschen, indem wir sagen,
Stefan Schael: wir machen zwei Analysegruppen auf, die völlig unabhängig voneinander arbeiten
Stefan Schael: und am Ende erst ihre Ergebnisse vergleichen.
Tim Pritlove: Unterschiedliche Instrumente oder nur unterschiedliche Auswertungswege?
Stefan Schael: Unterschiedliche Auswertungswege. Unterschiedliche Instrumente können wir nicht.
Stefan Schael: Es gibt nur ein AMS. Ja, okay.
Stefan Schael: Von daher ist es schon eine relevante Frage, bin ich in der Lage mit vielleicht
Stefan Schael: weniger aufwendigen Experimenten, aber verschiedene Details dann nachzumessen,
Stefan Schael: um sicher zu sein, dass das kein Problem von dem Instrument ist.
Stefan Schael: Also mit der Frage werden wir uns beschäftigen müssen.
Stefan Schael: Die zweite Frage ist, was wird in den nächsten zehn Jahren passieren?
Stefan Schael: Wenn man sich die Sensitivität der jetzigen Generationen von Messinstrumenten
Stefan Schael: anguckt, dann müssten wir eigentlich in den nächsten zehn Jahren eine Antwort
Stefan Schael: auf die Natur der dunklen Materie finden oder es gibt sie nicht.
Stefan Schael: Und wenn es sie nicht gibt, dann gibt es irgendwas anderes, was wir nicht verstanden
Stefan Schael: haben. Da ist irgendwas grundlegend faul dann.
Stefan Schael: Jetzt kann man sagen, ihr habt den ganzen Aufwand betrieben und dann habt ihr
Stefan Schael: nur verstanden, dass es nicht das ist, was ihr dachtet, was es ist.
Stefan Schael: Was ist denn der Fortschritt? Der Fortschritt war zu verstehen,
Stefan Schael: dass es keinen Äther gibt und dass sich elektromagnetische Wellen im Vakuum
Stefan Schael: ausbreiten und dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und das ist die Grundlage
Stefan Schael: für das GPS, was wir heute benutzen,
Stefan Schael: Die Wissenschaft ist nicht immer eine gerade Linie Sie können nicht sagen,
Stefan Schael: wie geht das also über die nächsten 50 Jahre etwa weiter Wir werden garantiert Umwege machen,
Stefan Schael: um zu den Ergebnissen zu kommen Das andere ist immer die Frage,
Stefan Schael: welchen Anspruch kann man haben dass das in nächster Zeit passiert.
Stefan Schael: Wenn Sie sich mal angucken zwischen Newton und Einstein, das waren mehrere hundert Jahre.
Stefan Schael: Und die Leute dazwischen waren auch nicht dumm und haben auch nicht geschlafen.
Stefan Schael: Aber es kann sein, dass es einfach ein kultureller Schritt ist,
Stefan Schael: den Sie erst zurücklegen müssen, bevor Sie in der Lage sind,
Stefan Schael: diese Erkenntnisse zu gewinnen.
Stefan Schael: Also Newton hätte, egal wie genial er ist, ohne die Vorarbeiten,
Stefan Schael: die also zwischen Newton und Einstein passiert sind, Also Newton hätte nicht
Stefan Schael: die Relativitätstheorie finden können.
Stefan Schael: Die Mathematik war überhaupt nicht so weit. Die Menschen waren überhaupt nicht in der Lage dazu.
Stefan Schael: Ob wir heute qualifiziert sind, um den nächsten Schritt auf dieser Erkenntnistreppe
Stefan Schael: zurückzulegen oder nicht, ist schwer zu sagen, bevor wir das nicht gemacht haben.
Stefan Schael: Ja, im Moment versuchen wir es an verschiedenen Stellen und wir finden an verschiedenen
Stefan Schael: Stellen, es geht nicht so schnell weiter, wie wir das gerne hätten.
Stefan Schael: Ja, also beim LAC haben wir auch erwartet, dass wir im ersten halben Jahr endlich
Stefan Schael: die neue Physik sehen und wissen, wie es weitergeht. Es scheint wesentlich schwieriger zu sein.
Stefan Schael: Was nicht heißt, dass man es aufgeben sollte, sondern nur, dass es nicht klar
Stefan Schael: ist, wie wir zu diesen Erkenntnissen kommen, von denen ich fest davon überzeugt
Stefan Schael: bin, dass sie eigentlich da sind, dass sie uns im Moment noch nicht zugänglich sind.
Tim Pritlove: Ja, ich fasse zusammen. Es bleibt spannend in der Astroteilchenphysik für das
Tim Pritlove: AMS-Experiment und vor allem natürlich auch in der Grundlagenforschung der Physik im Allgemeinen.
Tim Pritlove: Ich denke, jetzt können wir das hier an der Stelle auch erst mal vorerst abschließen.
Tim Pritlove: Wir bleiben gespannt, inwiefern sich da hier neue Erkenntnisse bieten.
Tim Pritlove: Und ja, mal gucken. Vielleicht können wir ja hier im Rahmen der Raumzeitserie
Tim Pritlove: dann auch schon noch die nächsten Schritte mitnehmen.
Tim Pritlove: Aber jetzt erst mal vielen Dank, Stefan Scheel, für die Ausführungen hier zum
Tim Pritlove: AMS und Bedeutung auch der Astro-Teilchenphysik und den damit verbundenen Experimenten.
Tim Pritlove: Und auch vielen Dank für das Zuhören hier bei Raumzeit. Das war die 38.
Tim Pritlove: Ausgabe und in zwei Wochen gibt es uns wieder. Ich sage Tschüss und bis bald.