Tim Pritlove: Hallo und herzlich willkommen zu Raumzeit, dem Podcast über Raumfahrt und andere.
Tim Pritlove: Kosmische Angelegenheiten.
Tim Pritlove: Mein Name ist Tim Pridlaff und ich begrüße alle hier zu einer weiteren Ausgabe
Tim Pritlove: rund um das CERN, was ich derzeit besuche und wo ich versuche mir mal alles
Tim Pritlove: genau erklären zu lassen, was hier alles so rumliegt.
Tim Pritlove: Und was hier vor allem rumliegt, sind Ringe.
Tim Pritlove: Große Ringe, in denen sehr viel beschleunigt wird und das ist ja hier so ein bisschen,
Tim Pritlove: das ermöglichende Infrastruktur, die diverse Detektoren und zahlreiche Experimente
Tim Pritlove: ja überhaupt erst zum Leben bringt.
Tim Pritlove: Und um darüber mal zu quatschen, wie das so funktioniert, begrüße ich meinen
Tim Pritlove: Gesprächspartner, nämlich den Alexander Huschauer. Hallo.
Alexander Huschauer: Hallo.
Tim Pritlove: Herzlich willkommen bei Raumzeit.
Alexander Huschauer: Vielen Dank, freut mich sehr hier zu sein.
Tim Pritlove: Du bist, wie es so schön heißt, Staff Accelerator Physicist and Engineer in
Tim Pritlove: Charge of the CERN Proton Synchrotron in the BEOPS Section. Das kannst du mir
Tim Pritlove: jetzt gleich mal aufdröseln, was das jetzt bedeutet.
Alexander Huschauer: Das bedeutet, dass ich im BEAMS Department arbeite. Das ist jenes Department,
Alexander Huschauer: das eben zuständig ist für die Produktion der Strahlen am CERN.
Alexander Huschauer: Dort in der Operations Group, also wirklich an den Beschleunigern selbst arbeite
Alexander Huschauer: und PS, das Protonen-Synchrotron.
Alexander Huschauer: Wir sind in verschiedene Abteilungen aufgeteilt in der Operations Group für
Alexander Huschauer: die verschiedenen Beschleuniger. Und in meinem Fall bin ich eben Engineer in
Alexander Huschauer: Charge vom Protonen-Synchrotron.
Alexander Huschauer: Einer der ältesten Beschleuniger, den wir hier am CERN haben,
Alexander Huschauer: 1959 in Betrieb gegangen.
Alexander Huschauer: Schöne komplexe Maschine und eben ein Teil der Beschleunigerkette.
Tim Pritlove: Genau, aber du kennst ja die ganze Kette und darüber wollen wir jetzt nämlich mal ein bisschen reden.
Tim Pritlove: Und man sagt Kette, warum sagt man Kette, weil alles hier miteinander verbunden ist?
Alexander Huschauer: Alles ist miteinander verbunden. Die verschiedenen Ringe, wie du gesagt hast,
Alexander Huschauer: sind über sogenannte Transferlinien miteinander verbunden, so dass wir von einem
Alexander Huschauer: Ring zum nächsten Ring die Teilchen schicken können.
Alexander Huschauer: Mit der Idee dahinter, dass in jedem Ring die Energie der Teilchen immer höher und höher wird.
Alexander Huschauer: Man hat da technologische, physikalische Limits, wie hoch man Teilchen in einem
Alexander Huschauer: Ring beschleunigen kann und deswegen braucht man wirklich so eine Kette von Beschleunigern,
Alexander Huschauer: um dann höchste Energien, wie
Alexander Huschauer: eben im Large Hadron Collider am Schluss der Kette, erreichen zu können.
Tim Pritlove: Genau, da wollen wir uns dann gleich mal auf die Reise machen und mal so ein
Tim Pritlove: bisschen rauskriegen, was es dafür im Detail dann alles so erfordert.
Tim Pritlove: Jetzt will ich aber erstmal nochmal ein bisschen wissen, wie du denn hier überhaupt
Tim Pritlove: zu der Tätigkeit gekommen bist. Seit wann betreibst du denn Wissenschaft und warum?
Alexander Huschauer: Ich bin jetzt seit ungefähr zwölf Jahren am CERN.
Alexander Huschauer: Schulisch habe ich eine technische Ausbildung gemacht. Ich habe damals eine
Alexander Huschauer: Ausbildung in Mechatronik gemacht, wie es bei uns in Österreich spezielle Schulstufen
Alexander Huschauer: gibt, also im Prinzip noch vor der Universität.
Alexander Huschauer: Ich war dann immer schon technisch begeistert und natürlich viel mit Physik,
Alexander Huschauer: Optik, Elektronik, Mechanik in Kontakt gekommen.
Alexander Huschauer: Und dann hat mich das Studium der Physik gereizt, Technische Physik an der Uni
Alexander Huschauer: Wien, an der Technischen Uni Wien.
Alexander Huschauer: Und dort so eigentlich im Laufe der Zeit mir gedacht, Grundlagenforschung eher
Alexander Huschauer: nicht so meins, glaube ich werde ich nie hinkommen, es wird mich mehr eher so
Alexander Huschauer: in die Industrie treiben dann irgendwann mal.
Alexander Huschauer: Aber dann habe ich ein paar Vorlesungen belegt im Bereich der Teilchenphysik
Alexander Huschauer: und später dann noch eine Vorlesung im Bereich der Beschleunigerphysik.
Alexander Huschauer: Und das war so mein Einstieg. Mein Einstieg hier ins CERN im Prinzip,
Alexander Huschauer: weil es ist wirklich eine coole Möglichkeit, um all diese verschiedenen,
Alexander Huschauer: so Physik einerseits, Engineering andererseits zusammenzubringen.
Alexander Huschauer: Und gerade im Betrieb eines Beschleunigers kommt man tagtäglich mit all diesen Dingen in Kontakt.
Alexander Huschauer: Und das ist wirklich das, was für mich den Reiz ausmacht.
Alexander Huschauer: Alles andere ist eine langweilige Tätigkeit. Jeden Tag unterschiedliche Herausforderungen,
Alexander Huschauer: denen man gegenübersteht.
Alexander Huschauer: Ja und dann habe ich damals meine Diplomarbeit hier gemacht,
Alexander Huschauer: bin hier geblieben für ein Doktorat und bin jetzt seit 2017 angestellt Star Physicist am CERN.
Tim Pritlove: Im Prinzip arbeitest du ja wirklich im Kern am Betriebssystem des ZERN,
Tim Pritlove: könnte man sagen, weil ohne das System wäre hier kein Betrieb möglich.
Alexander Huschauer: Absolut.
Tim Pritlove: Ja, kann ich mir vorstellen. Es ist immer ganz interessant so eine Disziplin
Tim Pritlove: zu haben, die eigentlich dann sehr viel Überschneidung hat mit anderen Bereichen.
Tim Pritlove: Ja, na dann gucken wir doch mal, was hier eigentlich alles vorzufinden ist.
Tim Pritlove: Vielleicht blicken wir mal so von oben erstmal auf diesen ganzen Komplex.
Tim Pritlove: Ich hab mir irgendwann mal so eine Karte in Google Earth reingeladen,
Tim Pritlove: die sozusagen die ganzen Zernringe so einfach mal so in ihrer räumlichen Ausdehnung mit einblendet.
Tim Pritlove: Da merkt man erstmal schon, ganz schön groß alles.
Tim Pritlove: Insbesondere natürlich der große Ring, aber ist ja auch nicht der einzige.
Tim Pritlove: Was findet man sozusagen vor, wenn man jetzt diesen Bird's Eye View auf das CERN macht?
Alexander Huschauer: Also man findet in erster Linie verschiedene Orte. Also das CERN hat einen Hauptstandort,
Alexander Huschauer: der im Kanton Genf liegt, in Maran.
Alexander Huschauer: Dort sind die älteren, kleineren Beschleuniger des CERNs zu finden.
Alexander Huschauer: Und von dort weg, die nächsten Maschinen, die sind dann doch etwas größer.
Alexander Huschauer: Also wenn man sagt, die kleineren Maschinen haben so bis zu einer Länge von
Alexander Huschauer: 630 Metern, die sich am Campus selbst befinden.
Alexander Huschauer: Und danach die nächsten Maschinen, 7 km oder 27 km, die sind dann schon unter
Alexander Huschauer: der Erde gebaut und auch wesentlich dann über den Campus des Zerns hinausgehend.
Alexander Huschauer: Und zum großen Teil eigentlich in Frankreich liegen die. Und wenn man sich so
Alexander Huschauer: Luftlinien anschaut, wenn wir uns gerade den LHC anschauen mit seinem 27 km Umfang, von.
Alexander Huschauer: Den Punkt, wo die Strahlen indiziert werden in die Maschine bis zum gegenüberliegenden
Alexander Huschauer: Punkt haben wir doch acht Kilometer Luftlinie.
Alexander Huschauer: Also das ist wirklich groß und wenn wir so zum Anfang dieser Kette gehen,
Alexander Huschauer: dann haben wir dort eine ganz kleine Quelle.
Alexander Huschauer: Weil was wir machen hier, einerseits beschleunigen wir Protonen,
Alexander Huschauer: um die dann später kollidieren zu können in verschiedenen Experimenten.
Alexander Huschauer: Andererseits machen wir das auch mit Ionen, also zum Beispiel Bleionen.
Alexander Huschauer: Aber in der Vergangenheit auch verschiedene andere Ionen. Die müssen irgendwo
Alexander Huschauer: erzeugt werden, diese Teilchen, bevor man sie überhaupt mal in einen Beschleuniger senden kann.
Alexander Huschauer: Und dann ist es eben wichtig, dass man Schritt für Schritt die Energie dieser
Alexander Huschauer: Teilchen erhöht, um am Schluss die Energien, die die Experimente verlangen, produzieren zu können.
Alexander Huschauer: Und warum brauchen wir da überhaupt hohe Energien? Das ist einerseits,
Alexander Huschauer: ist die Energiedichte wichtig. Was wir machen, sind Kollisionen.
Alexander Huschauer: Wir schießen Protonen auf Protonen, wir kollidieren.
Alexander Huschauer: Und die Energie, die diese Protonenstrahlen haben, die können über die Energie
Alexander Huschauer: ist gleich Masse, Lichtgeschwindigkeit zum Quadratformel umgewandelt werden.
Alexander Huschauer: Also Energie kann in Masse umgewandelt werden, sprich aus der Energie der Strahlen
Alexander Huschauer: können wir neue Teilchen erzeugen und diese neuen Teilchen können dann einfach
Alexander Huschauer: von den Experimenten detektiert, untersucht, charakterisiert werden.
Alexander Huschauer: Und andererseits, wenn wir vielleicht das Band ein bisschen zur Kosmologie,
Alexander Huschauer: Astronomie spannen, da verwenden wir Teleskope, um in den Weltraum hineinzuschauen,
Alexander Huschauer: um sich große Strukturen anzuschauen, Galaxien, Sterne dergleichen.
Alexander Huschauer: Was wir machen hier ist genau das andere Ende der Größenordnung.
Alexander Huschauer: Wir untersuchen die kleinsten Details der Materie.
Alexander Huschauer: Und wie kommt man dorthin? Mit einem Mikroskop, mit optischem Licht,
Alexander Huschauer: kann man sich bestimmte Teile sehr schön vergrößern. Irgendwann kommt man ans Limit.
Alexander Huschauer: Das hängt einfach von der Wellenlänge des Lichts ab.
Alexander Huschauer: Wenn man jetzt immer höher und höher auflösen, also in die Materie hineinschauen
Alexander Huschauer: möchte, braucht man im Prinzip immer kleinere und kleinere Wellenlängen.
Alexander Huschauer: Die Wellenlänge ist indirekt proportional zur Energie. Das heißt,
Alexander Huschauer: ich brauche extrem hohe Energien, um geringe Wellenlängen zu erzeugen und dann
Alexander Huschauer: einfach diese kleinsten Details der Materie auflösen zu können.
Alexander Huschauer: Und so gehen wir dann mit den Beschleunigern, die im Endeffekt nichts anderes
Alexander Huschauer: als ein super Mikroskop sind,
Alexander Huschauer: gehen wir wirklich hinein in den Atomkern, in die Bestandteile,
Alexander Huschauer: die Protonen, Neutronen, die Quarks und all die Teilchen, die man dann noch
Alexander Huschauer: erzeugen kann in Kollisionen.
Tim Pritlove: Ich fand es interessant, dass du von dem Ring als Maschine gesprochen hast,
Tim Pritlove: weil das muss man sich halt auch klar machen.
Tim Pritlove: Man denkt halt erstmal so, ja Beschleunigerring, da ist halt so ein Tunnel, da fliegt das rum.
Tim Pritlove: Das machen ja die Teilchen jetzt nicht von alleine, sondern im Prinzip sprechen
Tim Pritlove: wir wirklich von einer 27 Kilometer langen Maschine,
Tim Pritlove: die also wirklich über die gesamte Strecke in irgendeiner Form Technik bereithält,
Tim Pritlove: um letzten Endes das durchzuführen.
Tim Pritlove: Also wir haben es mit einem Megamaschinenpark zu tun, der sich räumlich extrem
Tim Pritlove: ausdehnt, um eben am Ende Kollisionen messen zu können.
Tim Pritlove: Die anderen Sendungen, die ich hier mache, werden sich also im Detail den einzelnen
Tim Pritlove: Detektoren widmen, der ja hier mehrerlei installiert sind. Alice, Atlas, CMS und das LACB.
Tim Pritlove: Nebst, da kommen wir vielleicht auch noch gleich drauf, vielen kleineren Experimenten,
Tim Pritlove: die ja auch noch mit dabei sind.
Tim Pritlove: Aber alle haben eigentlich denselben Bedarf. brauchen eben diese beschleunigten,
Tim Pritlove: hochenergetischen Teile, egal welcher Teil eines Atoms das jetzt sozusagen ist.
Tim Pritlove: Also nur die Protonen und die ganze Atomkerne etc.
Tim Pritlove: Ja, wo fangen wir an? Also es muss ja erst mal, das was man schießt,
Tim Pritlove: muss ja auch erst mal da sein.
Alexander Huschauer: Dafür braucht man eine Quelle.
Tim Pritlove: Da geht's los. Man braucht eine Quelle. Das ist hier so der Fachbegriff.
Alexander Huschauer: Das ist genau Source auf Englisch. Und in unserem Fall ist es so,
Alexander Huschauer: dass um diese Protonen zu erzeugen, beginnen wir mit Wasserstoff.
Alexander Huschauer: Sprich am Anfang der Quelle ist eine Wasserstoffquelle oder eine Wasserstoffflasche im Prinzip.
Tim Pritlove: Warum Wasserstoff?
Alexander Huschauer: Weil Wasserstoff aus Protonen und Elektronen besteht und wir wollen dieses Proton
Alexander Huschauer: haben, das da in Neutronen kennt. Alles besteht ja aus Elektronen.
Alexander Huschauer: Natürlich, aber es ist relativ einfach, dieses Elektron zu entfernen und dann
Alexander Huschauer: nur mit diesem Proton überzubleiben.
Alexander Huschauer: Auch Wasserstoff ist natürlich weiter verfügbar, ist sehr leicht zu bekommen,
Alexander Huschauer: herzustellen und als Grundstoff im Prinzip zu verwenden.
Alexander Huschauer: Dieses Gas wird eingelassen in diese Quelle. In dieser Quelle wird das Gas dann erhitzt,
Alexander Huschauer: und mit einem Magnetfeld, eigentlich mit einem wechselnden Magnetfeld,
Alexander Huschauer: das dazu führt, dass sich die Teilchen in diesem Gas immer schneller und schneller
Alexander Huschauer: bewegen, dass das Gas ionisiert wird, sprich, dass die Teilchen auch,
Alexander Huschauer: dass die Elektronen sich loslösen von dem Proton und dass man im Endeffekt ein Plasma erzeugt.
Alexander Huschauer: Also einen Zustand, wo ionisierte Teilchen herumflitzen, wenn man so möchte.
Alexander Huschauer: Und in dem ersten Teil unserer Kette ist es aber so, dass wir gar noch nicht
Alexander Huschauer: das Proton verwenden, sondern ein negativ geladenes Wasserstoffatom.
Alexander Huschauer: Sprich, wir Wir fügen im Prinzip dem Wasserstoff einmal in erster Linie noch ein Elektron hinzu.
Alexander Huschauer: Und dann wird dieser negativ geladene Wasserstoff aus der Quelle mit Elektroden
Alexander Huschauer: rausbeschleunigt, rausgezogen, rausgesaugt im Prinzip.
Alexander Huschauer: Und danach, nach dieser Quelle, das sind wirklich die ersten zwei Meter der
Alexander Huschauer: Beschleunigeranlage, geht es in einen Linearbeschleuniger.
Alexander Huschauer: Und dieser Linearbeschleuniger ist die effizienteste Möglichkeit,
Alexander Huschauer: um Teilchen möglichst schnell einerseits zu fokussieren, weil man muss sich
Alexander Huschauer: vorstellen, wenn die Teilchen aus der Quelle herauskommen, haben die auch Winkelverteilungen.
Alexander Huschauer: Das heißt, die haben eigentlich die Tendenz, in alle Richtungen gestreut zu
Alexander Huschauer: werden. Jetzt möchte man die transversal, also horizontal und vertikal,
Alexander Huschauer: möglichst fokussieren, aber gleichzeitig sie nach vorne beschleunigen,
Alexander Huschauer: also ihnen mehr Energie geben.
Alexander Huschauer: Und das passiert in erster Linie in einem sogenannten RFQ, Radio Frequency Quadrupole.
Alexander Huschauer: Radio Hochfrequenter Quadrupole.
Alexander Huschauer: Da kann man vielleicht noch dazu sagen, dass ein Beschleuniger so Grundbausteine hat.
Alexander Huschauer: Und wenn man sich jetzt so einen Linearbeschleuniger anschaut,
Alexander Huschauer: hat er eben als einen Grundbaustein die Hochfrequenz-Elemente,
Alexander Huschauer: Hochfrequenz-Kavitäten, wie wir sagen, die dazu dienen mittels elektrischen
Alexander Huschauer: Feldern, Energie an die Teilchen zu übergeben und sie zu beschleunigen.
Alexander Huschauer: Und andererseits gibt es Quadrupole, die sind magnetischer Natur,
Alexander Huschauer: das heißt wir haben ein magnetisches Quadrupolfeld, das dazu dient die Teilchen
Alexander Huschauer: zu fokussieren, horizontal und Transfersaal dafür zu sorgen, dass die eben nicht...
Alexander Huschauer: Auseinanderlaufen und im Endeffekt verloren gehen.
Tim Pritlove: Die werden sozusagen durch Magnetfelder so eingerahmt und in Spur gesetzt.
Alexander Huschauer: Alles passiert natürlich in einer Vakuumkammer, weil wir möglichst wenig Kollisionen
Alexander Huschauer: mit dem Restgas haben möchten, um die Anzahl der Teilchen relativ hoch zu halten.
Alexander Huschauer: Dementsprechend bewegen sich die Teilchen in einer Vakuumkammer und außen herum
Alexander Huschauer: sind eben diese magnetischen Felder und teilweise gibt es dann Öffnungen in
Alexander Huschauer: den Vakuumkammern, wo eben diese elektrischen Felder wirken und die Teilchen beschleunigen können.
Tim Pritlove: Ich hab jetzt noch nicht so ganz verstanden, warum man jetzt erstmal noch einen
Tim Pritlove: Elektron hinzufügt und dann aus dieser Quelle diese, wie nennt man das dann,
Tim Pritlove: wenn das Proton mit zwei Elektronen versorgt ist?
Alexander Huschauer: Das negativ geladene Wasserstoffatom.
Tim Pritlove: Das negativ geladene Wasserstoffatom. Das ist ja eigentlich nicht das,
Tim Pritlove: was wir auf die Reise schicken wollen. Warum wird denn das rausgezogen? Noch nicht.
Alexander Huschauer: Wir hatten auch bis 2018 haben wir rein Protonen beschleunigt und zwischen 2019
Alexander Huschauer: und 2020 gab es hier ein Upgrade-Programm,
Alexander Huschauer: wo viele der Beschleuniger in ihrer Leistungsfähigkeit verbessert wurden und
Alexander Huschauer: einer der Schritte war eben diesen neuen Linak, diesen neuen Linearbeschleuniger
Alexander Huschauer: zu installieren, der H-, negativgeladene Wasserstoffatome, beschleunigt.
Alexander Huschauer: Und das ist dazu da, dass man dann eigentlich in der nächsten Maschine,
Alexander Huschauer: der erste Ringbeschleuniger ist, die Teilchendichte erhöhen kann und somit eine
Alexander Huschauer: größere Anzahl von Teilchen in einer kleineren Fläche zusammenpacken kann.
Alexander Huschauer: Weil das ist das, was im Endeffekt bei Experimenten wie beim LHC zählt.
Alexander Huschauer: Es ist, dass man möglichst viele Kollisionen zusammenbekommt.
Alexander Huschauer: Und wie bekommt man mehr und mehr Kollisionen zusammen? indem man einerseits
Alexander Huschauer: die Anzahl der Teilchen erhöht oder andererseits die Strahldimensionen verkleinert,
Alexander Huschauer: damit, wenn man sie aufeinander schießt, möglichst viele Teilchen miteinander kollidieren.
Alexander Huschauer: Das heißt wir gehen dann durch diesen Linak, wo Stück für Stück die Energie
Alexander Huschauer: der Teilchen erhöht wird mit verschiedenen Kavitäten,
Alexander Huschauer: verschiedenen Arten von Kavitäten und am Ende der Quelle haben wir zum Beispiel
Alexander Huschauer: 45 Kiloelektronenvolt an Energie.
Alexander Huschauer: Das heißt, die Quelle hat 45 Kilowolt und wenn die Ladung da durchgeht,
Alexander Huschauer: dann spricht man davon, dass die Teilchen auf 45 Kiloelektronenvolt beschleunigt wurden.
Alexander Huschauer: Im Prinzip, wenn man sich eine Batterie hernimmt mit einem Volt,
Alexander Huschauer: ein Teilchen, das von einem Volt beschleunigt wird, hätte am Ende einen Elektronenvolt.
Alexander Huschauer: Und das sind diese Energieskalen, die wir am CERN verwenden,
Alexander Huschauer: um unsere Beschleuniger zu definieren.
Alexander Huschauer: Welche Größenordnungen von Energien, die im Prinzip den Teilchen geben können.
Alexander Huschauer: Jetzt sind wir am Ende dieses Linux, sind wir von den 45 kEV am Beginn zu 160
Alexander Huschauer: Megaelektronenvolt, 160 MeV gekommen.
Alexander Huschauer: Und dann gehen wir in die erste Transferlinie.
Tim Pritlove: Warte mal kurz. Das Beschleunigen mit diesen Hohlräumen, diesen Kavitäten,
Tim Pritlove: was genau beschleunigt denn jetzt diese Elemente?
Tim Pritlove: Also was führt dazu, dass sie schneller unterwegs sind? Weil da muss ja irgendwie
Tim Pritlove: Energie übertragen werden und nur so ein Magnetfelder nebenhalten allein reicht
Tim Pritlove: ja nicht. Das ist zum Ablenken vielleicht ganz gut und zum Ausrichten,
Tim Pritlove: aber da wird man ja noch nicht automatisch schneller von.
Alexander Huschauer: Da wird man überhaupt nicht schneller davon, ganz genau. Deswegen braucht man elektrische Felder.
Alexander Huschauer: Mit Magnetfeldern können wir die Teilchen manipulieren. Wir können sie eben
Alexander Huschauer: fokussieren oder auch auf Kreisbahnen lenken.
Alexander Huschauer: Aber dann brauchen wir elektrische Felder, um wirklich die Energie der Teilchen erhöhen zu können.
Alexander Huschauer: Sprich, man muss sich das so vorstellen, dass wir oszillierende elektrische
Alexander Huschauer: Felder haben Und die Teilchen im Prinzip.
Alexander Huschauer: Angesorgt werden von diesem elektrischen Feld, wenn es die richtige Polarität
Alexander Huschauer: hat, je nachdem welche Ladung.
Alexander Huschauer: Sprich, wir haben einen negativ geladenen Wasserstoff, der wird von einem positiven
Alexander Huschauer: elektrischen Feld angezogen.
Alexander Huschauer: Danach wird das umgepolt, sodass das Feld negativ wird, wenn das geladene Teilchen
Alexander Huschauer: vorbei ist und dann wieder abgestoßen wird.
Alexander Huschauer: Und so müssen wir schön synchronisiert Stück für Stück entlang des Beschleunigers dafür sorgen,
Alexander Huschauer: dass diese Polaritäten der Felder immer so sind, dass wir im Endeffekt eine
Alexander Huschauer: kontinuierliche Beschleunigung entlang der Maschine erhalten.
Tim Pritlove: Also im Prinzip wie bei einer Schaukel, wo man dann auch im richtigen Moment
Tim Pritlove: sein Gewicht so verlagert,
Tim Pritlove: dass man dann immer genau schiebt, wenn man es braucht und sich nach vorne verlegt
Tim Pritlove: zurück und dadurch quasi die eigene Bewegungsenergie, Also wenn man sie richtig
Tim Pritlove: timet, auf die Schaukel überträgt und dann schaukelt es immer schneller.
Alexander Huschauer: Ganz genau und wenn man sie falsch timet, dann bleibt das Teilchen stehen.
Tim Pritlove: Okay, verstehe. Und das machen diese Hohlraum- Hochfrequenz-Kavitäten.
Tim Pritlove: Hochfrequenz-Kavitäten.
Alexander Huschauer: Weil sie eben mit sehr hohen Frequenzen arbeiten. In dem LIMNAC zum Beispiel
Alexander Huschauer: mit 350 Megahertz oszilliert dieses elektrische Feld dann.
Tim Pritlove: Aber wie synchronisiert sich denn dann dieses elektrische Feld?
Tim Pritlove: Da muss man ja quasi sehr genau wissen wie schnell das Teilchen schon ist.
Tim Pritlove: Muss man das messen oder ergibt sich das?
Alexander Huschauer: Im Linac ist das ein Teil des Designs der Maschine.
Alexander Huschauer: Man muss sagen im Prinzip gibt es da einen sogenannten Driftube Linac.
Alexander Huschauer: Das heißt, die Teilchen fliegen durch kleine Röhrchen, in denen sie abgeschirmt
Alexander Huschauer: werden von dem elektrischen Feld. Und währenddem sie abgeschirmt werden, wird das Feld umgepolt.
Alexander Huschauer: So, dass wenn das Teilchen am Ende dieser Röhre herauskommt,
Alexander Huschauer: es genau wieder beschleunigt wird, weil das Feld die richtige Polarität hat.
Alexander Huschauer: Dann gibt es aber jetzt nicht nur eine so eine Röhre in so einem Linearbeschleuniger, es gibt viele.
Alexander Huschauer: Und die Teilchen werden schneller und schneller und schneller.
Alexander Huschauer: Die Frequenz dieses elektrischen Felds bleibt aber konstant.
Alexander Huschauer: Dementsprechend müssen diese Röhren, in denen die Teilchen abgeschirmt werden,
Alexander Huschauer: auch immer länger und länger werden. Also im Inneren so eines Drift-Tube-Linux.
Alexander Huschauer: Und ja, so ist das eine Anordnung von verschiedenen Röhren, wo dazwischen dann
Alexander Huschauer: Beschleunigung stattfindet in einem Linearbeschleuniger, in einem Kreisbeschleuniger
Alexander Huschauer: sieht das Ganze wieder ein bisschen anders aus.
Tim Pritlove: Okay, aber der Linearbeschleuniger ist jetzt sozusagen erstmal dafür da,
Tim Pritlove: die Source erstmal anzuzapfen, überhaupt erstmal die Teilchen,
Tim Pritlove: die man haben will, die man beschleunigen möchte, rauszunehmen und dann eben
Tim Pritlove: über diese Methodik erstmal auf so eine Grundgeschwindigkeit zu bringen und nicht nur das,
Tim Pritlove: sondern auch gerade auszurichten, dass sie einfach eine klare Richtung haben
Tim Pritlove: und das sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Sicht.
Tim Pritlove: Also man weiß, wo man hinschießt und man weiß, wie schnell man schießt und wo
Tim Pritlove: der Strahl sich befindet und dann kann es eigentlich erst so richtig losgehen.
Alexander Huschauer: Und man weiß auch, welche Größe der Strahl hat. Das ist wesentlich nachher für
Alexander Huschauer: die Experimente und welche Energie. Also das natürlich geht mit der Geschwindigkeit einigermaßen.
Tim Pritlove: Aber nicht alle Detektoren schreien
Tim Pritlove: ja jetzt nach Wasserstoffatomen oder beziehungsweise nach Protonen.
Alexander Huschauer: Aber der Großteil, sagen wir mal, also wir haben eben den Großteil des Jahres
Alexander Huschauer: am CERN machen wir Protonenphysik.
Alexander Huschauer: Wir machen meistens am Ende des Jahres, haben wir einen Monat Ionenphysik,
Alexander Huschauer: wo wir dann Bleionen verwenden. Aber den Rest des Jahres machen wir eigentlich immer Protonenphysik.
Alexander Huschauer: Natürlich ist es dann so, dass die Experimente selbst nicht unbedingt die Protonen
Alexander Huschauer: brauchen, aber aus den Protonen werden eventuelle Sekundärteilchen erzeugt,
Alexander Huschauer: die dann wirklich von den Experimenten verwendet werden.
Tim Pritlove: Und das Blei, wo kommt das her?
Alexander Huschauer: Das kommt aus einer anderen Quelle. Also im Prinzip gibt es diese Wasserstoffquelle,
Alexander Huschauer: es gibt eine Bleiquelle mit einem anderen Linak.
Alexander Huschauer: Dort funktioniert das ein bisschen anders, da gibt es so ein kleines Stück 10
Alexander Huschauer: Gramm schwerer Blei, das aufgeheizt wird, wo dann diese Bleiatome eben in eine Kammer hineinkommen.
Alexander Huschauer: Dort auch wird wieder ein Plasma angeregt, in dem man mit Mikrowellen die ganze Struktur anregt.
Alexander Huschauer: Die Teilchen dazu führen, dass sie ionisiert werden und dort werden die dann
Alexander Huschauer: aus einer Quelle genauso herausgesaugt und in einen anderen Linang,
Alexander Huschauer: der ein bisschen anders funktioniert, aber vom Prinzip her das gleiche ist,
Alexander Huschauer: Teilchen beschleunigen, Strahlgröße definieren, vorbereitet.
Tim Pritlove: Also man macht sich quasi durch Hitze so eine Art Bleigas und dann geht es wenig weiter.
Alexander Huschauer: Absolut, genau. Und am Ende dieser Linearbeschleuniger gibt es dann eine Transferlinie,
Alexander Huschauer: die jeweils zu dem ersten Ringbeschleuniger die Teilchen bringt.
Alexander Huschauer: Und wenn wir zurück in zu der Protonenkette, dann ist nach dem LINAK 4,
Alexander Huschauer: der eben unser erster Beschleuniger ist, der diesen Wasserstoff beschleunigt.
Tim Pritlove: Wenn er der erste ist, warum heißt er dann 4?
Alexander Huschauer: Ja, weil es davor 1, 2 gab. 3 ist der für die Ionen und 4 ist der neue,
Alexander Huschauer: der jetzt eben 2019 quasi in Betrieb genommen wurde.
Tim Pritlove: Also die die neueste Version.
Alexander Huschauer: Und dann gehen wir hinein in den Booster, den Proton-Synchrotron-Booster,
Alexander Huschauer: der die erste kreisförmige Maschine ist.
Alexander Huschauer: Unsere Kreisbeschleuniger, die nennen wir Synchrotron. Da sage ich dann auch
Alexander Huschauer: nochmal dazu vielleicht warum genau. Also gehen wir zu den Bestandteilen,
Alexander Huschauer: die wir brauchen. Beim LINAC hatten wir jetzt schon die Hochfrequenz-Kavitäten
Alexander Huschauer: und Quadrupole zum Fokussieren.
Alexander Huschauer: Ein wesentlicher Bestandteil für einen Ringbeschleuniger fehlt uns jetzt noch,
Alexander Huschauer: das sind die Dipolmagnete.
Alexander Huschauer: Dipolmagnete haben ein konstantes magnetisches Feld und geladene Teilchen in
Alexander Huschauer: einem Dipolmagnet werden auf eine Kreisbahn gelenkt.
Alexander Huschauer: Und das ist eben das, was es uns ermöglicht, die Teilchen im Kreis zu senden,
Alexander Huschauer: in sogenannten Synchrotrons, in diesen Kreisbeschleunigern.
Alexander Huschauer: Und mit diesen Quadrupolmagneten kommt es auch in diesen Maschinen zur transversalen
Alexander Huschauer: Fokussierung und dann gibt es eben noch genauso Hochfrequenz-Kavitäten in den
Alexander Huschauer: Maschinen, die auch dort dazu führen, dass die Teilchen beschleunigt werden.
Alexander Huschauer: Es ist ein großer Unterschied aber zum LINAK, weil beim LINAK gehen diese Teilchen
Alexander Huschauer: durch zum Beispiel beim LINAK 4 86 Meter einmal durch.
Alexander Huschauer: Die werden einfach einmal beschleunigt und dann ist die Beschleunigung dort erledigt.
Alexander Huschauer: Bei dem Kreisbeschleuniger nützt man jetzt aus, dass man wesentlich kleinere
Alexander Huschauer: elektrische Spannungen hat, kleinere Beschleunigung bekommt,
Alexander Huschauer: aber dafür eben oftmals im Kreis geht. Und jedes Mal, wenn das Teilchen vorbeikommt,
Alexander Huschauer: wenn es im Kreis geht, wird es mehr und mehr und mehr beschleunigt.
Alexander Huschauer: Wenn es jetzt mehr beschleunigt wird, sagen wir auch, dass es im Prinzip more
Alexander Huschauer: rigid wird, rigider, und Es lässt sich.
Alexander Huschauer: Also die Ablenkung in einem gleichbleibenden Magnetfeld wird immer weniger und weniger.
Alexander Huschauer: Um ein Teilchen, das immer höhere und höhere Energie bekommt,
Alexander Huschauer: weiterhin auf einer gleichen Kreisbahn halten zu können,
Alexander Huschauer: muss man auch das Magnetfeld der Dipole nach oben fahren, so damit eben der
Alexander Huschauer: Kreisbeschleuniger hat eben eine Vakuumkammer und die Teilchen müssen idealerweise
Alexander Huschauer: im Zentrum dieser Vakuumkammer bleiben.
Alexander Huschauer: Wenn sie davon zu weit ausgelenkt werden, dann werden sie irgendwann die Kammer
Alexander Huschauer: treffen und dann sind sie weg.
Alexander Huschauer: Und deswegen heißen die Maschinen Synchrotron, weil synchron mit der Beschleunigung
Alexander Huschauer: muss man das Magnetfeld der Dipole und im weiteren Sinne auch der Quadropole
Alexander Huschauer: erhöhen, damit man die Teilchen auf der gleichen Kreisbahn halten kann.
Tim Pritlove: Und die erhöht man, indem man da mehr Strom reinsteckt?
Alexander Huschauer: Für die Magnete, ganz genau. Konventionelle Magnete, Eisenmagnete,
Alexander Huschauer: die wir hier verwenden, die gehen so bis 1,2 Tesla Magnetfeld hinauf.
Alexander Huschauer: Das sind normal leitende dann.
Alexander Huschauer: Und wenn man dann an den LAC schaut, dann verwenden wir dort eben supraleitende
Alexander Huschauer: Magnete, wo wir 8,3 Tesla Magnetfelder erzeugen können, die mit konventionellen
Alexander Huschauer: Eisenmagneten nicht mehr erreichbar sind.
Tim Pritlove: Also das mit dem Ring ist ja eigentlich eine ganz pfiffige Nummer,
Tim Pritlove: weil sonst müsste man es ja quasi einmal um die Erde schicken,
Tim Pritlove: wäre auch ganz schön, wäre ein echt toller Ring, aber kriegt man irgendwie nicht so richtig gebaut.
Tim Pritlove: Heißt aber auch, wenn man es einmal in den Ring reinschickt,
Tim Pritlove: dann möchte man es ja auch irgendwann aus dem Ring wieder rauskriegen,
Tim Pritlove: da gibt es ja dann sozusagen eine Kreuzung, da muss ja dann irgendwo auch mal
Tim Pritlove: eine Weiche gestellt werden und vor allem, vielleicht kannst du uns auch gleich
Tim Pritlove: mal so ein Gefühl für die Zeit geben, in der sich das jetzt alles abspielt.
Tim Pritlove: Also klar das Teilchen kommt aus dem Linearbeschleuniger, das macht halt zack,
Tim Pritlove: dann ist es halt irgendwie schon in diesem Synchrotron.
Tim Pritlove: Wie lange dauert das jetzt bis man das auf die gewünschte erste Zwischengeschwindigkeit bekommt?
Tim Pritlove: Ist das dann auch nur zack und dann war's oder reden wir von Sekunden?
Alexander Huschauer: Sekunden, Sekunden in dem Fall. Also wir sprechen da immer von einer sogenannten
Alexander Huschauer: Basic Period, das ist so quasi der Herzschlag aller unserer Beschleuniger, das ist 1,2 Sekunden.
Alexander Huschauer: Alle 1,2 Sekunden kann unser erster Beschleuniger, erster Synchrotron der Booster
Alexander Huschauer: eben Strahl liefern an entweder eins der Experimente, das direkt an dem Booster
Alexander Huschauer: dran hängt oder an die nächsten Beschleuniger in der Kette.
Alexander Huschauer: Und innerhalb dieser 1,2 Sekunden passiert jetzt eben, dass der LINAC injiziert.
Alexander Huschauer: Danach werden die Teilchen beschleunigt, also das Magnetfeld im Booster wird
Alexander Huschauer: nach oben gefahren, bis wir von der Injektionsenergie von 160 MeV auf 2 GeV kommen.
Alexander Huschauer: An diesem Punkt würden dann die Strahlen aus der Maschine extrahiert werden,
Alexander Huschauer: zu der nächsten Maschine zum Beispiel. Und danach muss natürlich das Magnetfeld
Alexander Huschauer: auch wieder runtergefahren werden, damit man bereit ist für die nächste Injektion.
Alexander Huschauer: Und das nennen wir einen magnetischen Zyklus.
Alexander Huschauer: Injektion, Extraktion, wieder runterfahren, vorbereiten für die nächste Injektion.
Alexander Huschauer: Und das passiert eben alle 1,2 Sekunden.
Alexander Huschauer: Und die Beschleuniger, die dann dahinter stehen, Die können,
Alexander Huschauer: die Länge des magnetischen Zyklus kann im Prinzip ein Vielfaches dieser 1,2 Sekunden sein.
Tim Pritlove: Die Rausführung ist dann sozusagen am Ende auch nur ein anders geschalteter
Tim Pritlove: Magnet, der dann sozusagen das Teilchen nicht weiter in dieser Kreisbahn hält,
Tim Pritlove: sondern einfach frei schießen lässt und dann schießt es einfach gerade rauf.
Alexander Huschauer: Wir nennen diese Elemente Kicker. Die kicken den Beam aus der Maschine raus.
Alexander Huschauer: Die sind im Prinzip schnelle Magnete, weil diese Dipole, die wir im Ring haben,
Alexander Huschauer: diese Hauptdipole, die ändern ihr Magnetfeld relativ langsam, über Millisekunden.
Alexander Huschauer: Also im Bereich von Millisekunden ändert man das Feld um, wir sprechen da von
Alexander Huschauer: Gauss, 10 hoch minus 4 Tesla.
Alexander Huschauer: Und dann sind das 10-20 Gauss, die sich da in der Millisekunde ändern.
Alexander Huschauer: Um den Strahl jetzt aber aus der Maschine zu extrahieren, wir sprechen da von
Alexander Huschauer: Umlaufzeiten, die im Mikrosekundenbereich sind. Das heißt viel schneller.
Alexander Huschauer: Deswegen braucht man schnell gepulste Magnete, eben diese Kicker,
Alexander Huschauer: die so ein, zwei Mikrosekunden lang ein Magnetfeld aufbauen und den Strahl wirklich
Alexander Huschauer: dann rauskicken, durch ein sogenanntes Septum.
Alexander Huschauer: Also im Ring selbst befindet sich so ein Kicker und dann geht der Strahl durch
Alexander Huschauer: ein Septum durch, das wiederum nichts anderes als ein Magnet ist,
Alexander Huschauer: das dazu führt, dass der Strahl dann ausgelenkt wird in die Transferlinie.
Tim Pritlove: Okay, ich hätte jetzt vielleicht als erstes erstmal erwartet,
Tim Pritlove: dass man einfach einen dieser Magneten, die das im Ring halten,
Tim Pritlove: einfach ausschaltet und dann schießt das gerade aus, aber das ist nicht so,
Tim Pritlove: weil die halt eben langsam sind und insofern dafür geeignet sind.
Tim Pritlove: Das heißt man hat noch so einen zwischengeschalteten Kickermagneten,
Tim Pritlove: der das daher einfach rausboxt.
Alexander Huschauer: Genau, es gibt viele zusätzliche Magnete in einem Beschleuniger.
Alexander Huschauer: Es gibt immer die Hauptdipole, es gibt die Hauptquadrupole, die eben für die
Alexander Huschauer: transversale Fokussierung da sind.
Alexander Huschauer: Es gibt die Hochfrequenzkapitäten, es gibt diese Kicker, es gibt die Scepter,
Alexander Huschauer: das sind eben diese Elemente zum Extrahieren direkt.
Alexander Huschauer: Es gibt Messinstrumente, man möchte wissen,
Alexander Huschauer: wie viel Intensität, wie viele Teilchen laufen um in meinem Ring,
Alexander Huschauer: welche Größe haben die, sprich ich kann die transversale Größe messen und viele
Alexander Huschauer: andere Elemente. Es gibt Positionen.
Tim Pritlove: Wie viel ist da drin?
Alexander Huschauer: Mit einer Spule im Prinzip, die rundherum gewickelt ist, um deine Vakuumkammer.
Tim Pritlove: Achso, weil das Teilchen da durchfliegt, dann erzeugt es natürlich einen Strom.
Alexander Huschauer: Genau, das nennen wir Beam Current Transformer. Also da wird einfach ein Strom
Alexander Huschauer: induziert, der der Anzahl der Teilchen proportional ist.
Alexander Huschauer: Und genauso kann man transversal die Größe messen des Strahls.
Alexander Huschauer: Das machen wir mit einem Draht, der durch den Strahl durchgeht,
Alexander Huschauer: sogenannter Wire Scanner.
Alexander Huschauer: Das heißt, der wird von links nach rechts oder oben nach unten durch den Strahl durchbewegt.
Alexander Huschauer: Dieser Draht ist eigentlich so ein Kohlenstoffdraht, die Teilchen kollidieren
Alexander Huschauer: mit diesem Kohlenstoffdraht.
Alexander Huschauer: Wird dann dazu geführt, dass Sekundärteilchen erzeugt werden.
Alexander Huschauer: Die werden von einem Sintellator gemessen, das wird verstärkt und das Signal
Alexander Huschauer: ist dann proportional zur Größe deines Strahls. Und du kannst sagen,
Alexander Huschauer: okay, dieser Strahl in den kleineren Maschinen ist vielleicht einen Zentimeter groß.
Alexander Huschauer: Im LHC, wenn es dann wirklich sehr klein wird, dann ist er halt ein paar hundert Mikrometer groß.
Tim Pritlove: Eben Durchmesser?
Alexander Huschauer: Genau. Das ist nämlich auch ein wesentlicher Punkt. Je höher die Energie ist,
Alexander Huschauer: umso kleiner werden die Dimensionen der Teilchen.
Alexander Huschauer: Dementsprechend hat man auch bei den ersten Beschleunigern Vakuumkammern,
Alexander Huschauer: die extrem groß sind, weil diese Strahlen halt noch sehr divergent sind.
Alexander Huschauer: Und da reden wir von ein paar Zentimetern.
Alexander Huschauer: Dies können schon mal so sein, so 15 Zentimeter in der horizontalen Richtung
Alexander Huschauer: und 7, 8 Zentimeter in der vertikalen Richtung.
Alexander Huschauer: Während dann im LHC die Kammer halt wesentlich kleiner ist und hat dann nur
Alexander Huschauer: einen Durchmesser von so 4 Zentimetern ungefähr.
Tim Pritlove: Aber nicht die Teilchen selber sind kleiner, sondern der Strahl in dem sie gebündelt sind ist kleiner.
Alexander Huschauer: Also im Prinzip der Leerraum zwischen den Teilchen verschwindet.
Tim Pritlove: Ok, verstehe.
Tim Pritlove: Ok, also wir haben jetzt die Quelle gehabt, wir haben die lineare Beschleunigung
Tim Pritlove: gehabt, dort ging es ins Synchrotron rein, dann hat man 1,2 Sekunden Zeit das
Tim Pritlove: mal ordentlich in Rotation zu bringen.
Tim Pritlove: Das wird mit diesen langsamen Magneten, also verhältnismäßig langsamen Magneten
Tim Pritlove: gemacht und dann mit dem Kicker werden sie raus aus ihrer Flugbahn ein wenig abgelenkt,
Tim Pritlove: um dann von diesem Septum Element, was macht denn das überhaupt?
Alexander Huschauer: Ist wieder im Prinzip ein Dipole, ein schnell gepulster Genuss.
Tim Pritlove: Also nochmal ein Magnet.
Alexander Huschauer: Nochmal ein Magnet.
Tim Pritlove: Aber reicht der Kicker alleine nicht schon? Ich meine, wenn er kickt,
Tim Pritlove: dann fliegt das doch schon woanders hin. Wozu braucht man dann noch einen?
Alexander Huschauer: Dann fliegt es woanders hin, aber man muss in der Maschine, muss man sich vorstellen,
Alexander Huschauer: aus dem einerseits den zirkulierenden Strahl hat.
Alexander Huschauer: Und dann hat man den extrahierten Strahl. Wenn dieses Septum jetzt im Zentrum
Alexander Huschauer: der Maschine sein würde, würde dort der zirkulierende Strahl sich bewegen und
Alexander Huschauer: der Strahl würde im Prinzip jedes Mal aus der Maschine ausgelenkt werden.
Alexander Huschauer: Aus dem Grund ist dieser Septum-Magnet mit einigem Abstand zum Zentrum der Maschine,
Alexander Huschauer: also ein paar Zentimeter außerhalb, installiert.
Alexander Huschauer: Dann verwendet man den Kicker, dass der Beam von der zentralen,
Alexander Huschauer: idealen Orbit eben ausgelenkt wird
Alexander Huschauer: und dann in die Öffnung von diesem Septum hineingetroffen wird und nur dort
Alexander Huschauer: sieht der Strahl dann wirklich das Magnetfeld von dem Septum,
Alexander Huschauer: so dass der zirkulierende Strahl während dieser ganzen 1,2 Sekunden nie von
Alexander Huschauer: diesem Feld, das in dem Septum wirkt, beeinflusst wird.
Alexander Huschauer: Und erst dann, wenn der Strahl zu hohen Amplituden gekickt wurde,
Alexander Huschauer: dann sieht der Strahl dort das Magnetfeld, wird ausgelenkt und dann geht es
Alexander Huschauer: weiter in der Transferlinie.
Tim Pritlove: Okay, also weiter in der Transferlinie.
Tim Pritlove: Was folgt denn auf dieses Synchrotron? Gibt es da nur eins von oder hat jeder
Tim Pritlove: Linearbeschleuniger sein eigenes?
Alexander Huschauer: Da gibt es ein paar. Das ist eben die Beschleunigerkette. Es gibt einen Linearbeschleuniger,
Alexander Huschauer: dann gehen wir in einen Proton-Synchrotron-Booster, von dort gehen wir in das
Alexander Huschauer: Protonen-Synchrotron, dann in das Super-Protonen-Synchrotron und dann in den LAC.
Tim Pritlove: Okay, also es gibt im Prinzip eine Kaskade von mehr oder weniger ähnlich aufgebauten
Tim Pritlove: Dingern, die aber unterschiedliche Größen, andere Magnete, andere Dimensionierungen
Tim Pritlove: haben und dabei immer wieder die Energie weiter steigern.
Alexander Huschauer: Genau, so Pi mal Dormen ist so ein Faktor 10 Energieerhöhung pro Maschine möglich.
Tim Pritlove: Okay, wie groß sind diese einzelnen Synchrotrone dann so im Durchmesser?
Alexander Huschauer: Also der Booster hat einen Radius von 25 Metern mit einer Länge von 157 Metern,
Alexander Huschauer: der PS 628 Meter Länge, SPS 7 Kilometer und LAC dann 27 Kilometer Länge.
Alexander Huschauer: Und zum Beispiel, wenn man sich den PS hernimmt mit einem Radius von 100 Metern
Alexander Huschauer: und den Proton-Synchrotron-Booster mit einem Radius von 25 Metern,
Alexander Huschauer: da sieht man genau da, dass da eben ein Faktor 4 dazwischen ist,
Alexander Huschauer: weil in den Anfängen des ZERNs gab es den LINAK, der direkt in den PS injiziert hatte.
Alexander Huschauer: Und zwischen dann irgendwann in den 70er Jahren, um die Energie zu boosten,
Alexander Huschauer: wurde der Booster dazwischen geschaltet.
Alexander Huschauer: Und der hat dann eben dazu geführt, dass die Strahlen, die in den PS injiziert
Alexander Huschauer: werden, höhere Energie haben, als sie ursprünglich vom Linnak hatten.
Alexander Huschauer: Und das erlaubt einem höhere Strahldichten zu erzeugen, also mehr Teilchen in
Alexander Huschauer: kleinerer Fläche, um dann effizientere Experimente durchführen zu können.
Tim Pritlove: So, das waren jetzt vier Synchrotrone, die wir aufgezählt haben.
Alexander Huschauer: Ganz genau.
Tim Pritlove: Aber der Booster gehört jetzt nicht dazu?
Alexander Huschauer: Doch, doch. Booster, PS, SPS und LAC.
Tim Pritlove: Okay, Booster, PS, SPS, LRC. Jetzt kriegst du langsam auf die Kette hier im
Tim Pritlove: wahrsten Sinne des Wortes.
Tim Pritlove: Und es folgt auch nur noch Synchrotron auf Synchrotron, also die Verbindung
Tim Pritlove: ist sozusagen dann unmittelbar.
Tim Pritlove: Vom Booster fliegt es auch direkt in den nächsten Ring rein.
Alexander Huschauer: Jeder dieser Beschleuniger hat zusätzlich seine experimentelle Zone,
Alexander Huschauer: Experimental Area nennen wir das, wo genauso Physikexperimente durchgeführt werden.
Alexander Huschauer: Also einerseits kann der Strahl zur nächsten Maschine kommen,
Alexander Huschauer: andererseits kann der Strahl zu diesen Experimenten direkt ausgelenkt werden.
Tim Pritlove: Für Experimente, die jetzt nicht so viel Energie brauchen.
Alexander Huschauer: Ganz genau, ganz genau. Gibt es verschiedenste. Eben je nach Energiebedarf sind
Alexander Huschauer: sie dann an einem anderen Beschleuniger angesiedelt Und die nennt man Fixed
Alexander Huschauer: Target Experimente, sprich man schießt den Strahl auf ein feststehendes Ziel,
Alexander Huschauer: ein Metallblock in der Regel, und dahinter werden sekundäre Strahlen erzeugt.
Alexander Huschauer: Und je nachdem welches Experiment dort angeordnet ist, filtert es dann die Sekundärteilchen aus, Die,
Alexander Huschauer: benützt werden für das jeweilige Experiment und macht dann damit weitere Untersuchungen
Alexander Huschauer: oder der Strahl geht eben weiter zum nächsten Beschleuniger,
Alexander Huschauer: wo einfach die Energie erhöht wird und dann geht es weiter zum nächsten oder
Alexander Huschauer: eben zu der anderen Experimental Area.
Tim Pritlove: Das kann man sozusagen je nach Experimentbedarf entsprechend timen,
Tim Pritlove: dass man weiß so hier jetzt muss man da was machen und jetzt brauchen wir es in dem großen,
Tim Pritlove: Es ist nicht so, dass nur eine dieser Konstellationen gleichzeitig funktionieren kann,
Tim Pritlove: sondern die werden sozusagen die ganze Zeit alle parallel bedient,
Tim Pritlove: dass es mehr oder weniger gleichzeitig, nebenläufig funktionieren kann.
Alexander Huschauer: Ganz genau, das ist relativ flexibel. Also wir haben diese 1,2 Sekunden,
Alexander Huschauer: in denen der Boosterstrahl produzieren kann,
Alexander Huschauer: dann geht der Strahl zum Beispiel zum PS weiter und kann dort innerhalb von
Alexander Huschauer: 1,2 Sekunden wiederum extrahiert werden, ausgelenkt zu einem der Experimente.
Alexander Huschauer: Zum Beispiel gibt es EntOF, Neutron Time of Flight, wo Neutronenphysik gemacht wird.
Alexander Huschauer: Oder, es ist nicht immer im PS dann 1,2 Sekunden, manchmal muss man auch um
Alexander Huschauer: die Energie weiter zu erhöhen, 2,4 Sekunden oder 3,6 Sekunden machen.
Alexander Huschauer: Also diese Basic Period von 1,2 Sekunden einfach zusammenpacken in längere magnetische Zyklen.
Alexander Huschauer: Und dann kann man Strahl weiter senden zum Beispiel zu unserer Antimaterie Maschine,
Alexander Huschauer: dem Antiproton Decelerator oder zum Superprotonen Synchrotron,
Alexander Huschauer: wo dann im weiteren die Strahlen zum LAC.
Alexander Huschauer: Für den LHC produziert werden, aber das geht eben relativ flexibel.
Alexander Huschauer: Also einmal gibt es einen Strahl für ENTOF, einmal gibt es einen Strahl für
Alexander Huschauer: AD, einmal gibt es einen Strahl zum SPS.
Alexander Huschauer: Danach hat wieder nur der Booster Strahl und schickt das zu seiner Facility,
Alexander Huschauer: die ist die Isolde Facility, wo Isotope und exotische Atomkerne untersucht werden.
Alexander Huschauer: Und das ist relativ flexibel und all das wird immer und wieder abgespielt in
Alexander Huschauer: einer Konstellation, die wir Super Cycle nennen.
Alexander Huschauer: Also man hat zum Beispiel eine Programmierung von 20 verschiedenen magnetischen Zyklen,
Alexander Huschauer: die werden abgespeichert, da gibt es das Haupt-Timing-System,
Alexander Huschauer: das ist dafür zuständig, dass all diese Dinge eben der Reihe nach abgespielt
Alexander Huschauer: werden und nach 30 Sekunden beginnt es wieder vom Neuen und die gleichen User
Alexander Huschauer: bekommen wiederum ihren Strahl.
Alexander Huschauer: Das heißt, was bei uns wichtig ist, ist dann der sogenannte Duty-Cycle,
Alexander Huschauer: wie viel Strahl bekommt welches Experiment zu welchem Zeitpunkt.
Alexander Huschauer: Und das ist halt ein bisschen ein Verhandlungsgeschick im Hintergrund und da
Alexander Huschauer: gibt es natürlich gibt es da vom CERN Council dann auch Prioritäten,
Alexander Huschauer: welche Experimente sollten wie viel Strahlzeit bekommen über das Jahr verteilt.
Alexander Huschauer: Dann gibt es den Physikkoordinator, der sich dafür dann einsetzt,
Alexander Huschauer: dass die Interessen der Experimente richtig vertreten werden.
Alexander Huschauer: Und gemeinsam mit der Operation entwickelt man dann eben so ein Schema,
Alexander Huschauer: wie man diesen Beschleunigerkomplex betreibt, sodass im Endeffekt jeder glücklich wird.
Tim Pritlove: Also vergleichbar mit so der Zuteilung von Beobachtungszeit auf Weltraumteleskopen,
Tim Pritlove: wo sich ja auch mal alle boxen, wer denn jetzt mal wann wohin gucken kann.
Tim Pritlove: Aber das lässt sich ja hier ganz gut aufteilen zumindest. Aber irgendwann ist
Tim Pritlove: natürlich dann auch jeder Strahl vergeben und dann geht's los das Geboxe.
Alexander Huschauer: Stimmt ja.
Tim Pritlove: Was sind denn exotische Atomkerne?
Tim Pritlove: Gibt es welche, die so ein bisschen aus der Mode gekommen sind oder die nicht
Tim Pritlove: so oft angeschaut werden?
Alexander Huschauer: Ja vor allem die sehr kurzlebig sind. Das sind dann Teilchen,
Alexander Huschauer: die wirklich unter Lava-Bedingungen erzeugt werden, die dann sehr kurzlebig
Alexander Huschauer: sind, oft sehr schwer sind und dann gibt es eben die Isolde-Facility,
Alexander Huschauer: die sich damit genauer dann beschäftigt und ansieht, wie sich diese Teilchen verhalten.
Tim Pritlove: Diese vier Synchrotrone sind ja vermutlich auch alle mehr oder weniger in der
Tim Pritlove: Reihenfolge gebaut worden. Mit dem kleinsten hat es mal angefangen und dann
Tim Pritlove: ist man immer größer geworden, bis es halt jetzt bis zu dem LHC gekommen ist.
Tim Pritlove: Und es gibt ja auch schon Pläne für noch größere Ausdehnungen.
Tim Pritlove: Sind denn die technischen Unterschiede
Tim Pritlove: dieser 4 Synchrotoner dürften wahrscheinlich auch signifikant sein?
Tim Pritlove: Also einerseits, also das Prinzip ist immer das gleiche, aber die konkrete Ausführung ist anders.
Alexander Huschauer: Genau, also die Art und Weise dieser Hauptmagnete.
Alexander Huschauer: Die ändert sich von Maschine zu Maschine. Im Booster, im PS und im SPS verwenden
Alexander Huschauer: wir eben immer noch normal leitende Magnete, während im LAC dann supra leitende
Alexander Huschauer: Magnete verwendet werden.
Alexander Huschauer: Die Energie, die maximale Energie, die man erreichen kann in einer Maschine,
Alexander Huschauer: hängt eben ab von dem maximalen Magnetfeld, das man erreichen kann und von dem
Alexander Huschauer: Durchmesser der Maschine.
Alexander Huschauer: Dementsprechend braucht man, um zu den höchsten Energien zu kommen, große Tunnel.
Tim Pritlove: Warum ist denn der Durchmesser entscheidend? Man könnte doch im Prinzip sagen,
Tim Pritlove: man kann sich die ganze Zeit im Kreis drehen, wird immer schneller.
Alexander Huschauer: Aber irgendwann, das ist eben das Prinzip des Synchrotrons, sie werden immer
Alexander Huschauer: energetischer und energetischer, wenn das Magnetfeld nicht mehr mitfahren kann,
Alexander Huschauer: dann kannst du sie irgendwann nicht mehr auf der Kreisbahn halten.
Alexander Huschauer: Und deswegen mit normalen Leitungen.
Tim Pritlove: Man muss die Krümmung reduzieren, damit man es überhaupt noch halten kann,
Tim Pritlove: trotz höherer Energien.
Alexander Huschauer: Ganz genau. Und wenn wir dann vielleicht ein bisschen zur Supraleitung gehen, zum LHC.
Tim Pritlove: Das ist nur dort so.
Alexander Huschauer: Es gibt verschiedenste kleinere Installationen, wo einzelne Magnete supraleitend
Alexander Huschauer: sind am CERN, aber wirklich am LHC sind die Hauptmagnete wirklich supraleitend.
Alexander Huschauer: Also da gibt es 1232 Dipole, die installiert sind. Jeder ist 15 Meter lang und die sind supraleitend.
Alexander Huschauer: Sprich, da ist nicht mehr das Eisen dafür zuständig,
Alexander Huschauer: dass die magnetische Feldlinienverteilung vorgegeben wird, sondern diese supraleitenden
Alexander Huschauer: Kabel, die im Inneren der Dipole angeordnet sind, sind auf eine bestimmte Art
Alexander Huschauer: und Weise angeordnet, dass eben ein Dipolemagnetfeld entsteht.
Alexander Huschauer: Und um in diesen supraleitenden Zustand zu kommen, muss man die Magnete kühlen.
Alexander Huschauer: Weil im Falle vom LAC wird er betrieben bei minus 271 Grad Celsius bei 1,9 Kelvin.
Alexander Huschauer: Diese Kabel, die da verwendet werden, sind aus Niobium-Titan,
Alexander Huschauer: die unterhalb einer bestimmten Temperatur superleitend werden,
Alexander Huschauer: was eben heißt, dass sie ihren elektrischen Widerstand verlieren und dass hohe
Alexander Huschauer: Ströme, so wie im LHC, bis zu 12.000,
Alexander Huschauer: Ampere, ungehindert fließen können. Aber dafür muss diese Superleitung permanent
Alexander Huschauer: aufrechterhalten werden.
Alexander Huschauer: Was heißt, diese Magnete müssen mit flüssigem Helium gekühlt werden,
Alexander Huschauer: um eben auf 1,9 Kelvin Arbeitstemperatur gehalten zu werden.
Alexander Huschauer: Da kann man sich schon vorstellen, dass da eine riesige Infrastruktur dahinter
Alexander Huschauer: steckt, um dieses Helium zur Verfügung zu stellen, abzukühlen,
Alexander Huschauer: in die Magnete zu bringen und die Magnete runter zu kühlen.
Tim Pritlove: Ist flüssiges Helium nicht auch so total ätzend, dass man das überhaupt im Tank
Tim Pritlove: behält? Also das kriecht doch auch überall durch, oder?
Alexander Huschauer: Es gibt dann natürlich, wir sprechen da von einer Cold Mass,
Alexander Huschauer: das ist jener Teil des Magneten, der kalt ist, der gekühlt wird.
Alexander Huschauer: Und der muss natürlich bestens abgeschirmt sein gegenüber der Außenwelt.
Alexander Huschauer: Das ist dann in seinem sogenannten Kryostat.
Alexander Huschauer: Da gibt es eine riesige Infrastruktur für die Kryotechnik.
Alexander Huschauer: Und man muss natürlich aufpassen zwischen den Verbindungen der Magneten,
Alexander Huschauer: dass alles extrem dicht ist, dass dort das Helium dann auch nicht irgendwo entweichen kann.
Tim Pritlove: Weil das tut es gerne, ne?
Alexander Huschauer: Ja, ich meine, es ist natürlich auch in unserem Interesse, es nicht entweichen zu lassen.
Alexander Huschauer: Das ist natürlich eine 150 Tonnen vom Helium sind am CERN gespeichert und in
Alexander Huschauer: Verwendung, rein für den LHC. Das ist natürlich ein riesiger Speicher,
Alexander Huschauer: der auch einiges dann an Geld bindet, sag ich mal.
Alexander Huschauer: Und dementsprechend muss man da wirklich effizient sein, dass das wiederverwendet wird.
Tim Pritlove: Aber wodurch wird diese Kühlung realisiert?
Tim Pritlove: Also Helium muss ja erstmal gekühlt werden, das ist ja nur das Übertragungsmedium an der Stelle.
Alexander Huschauer: Da gibt es eben in dieser Kryotechnik verschiedene Kompressoren und Wärmetauscher
Alexander Huschauer: und Stickstoff vor allem, der als erste Kühlstufe dient, um die Maschine dann
Alexander Huschauer: runter zu kühlen bis zu 80 Kelvin.
Alexander Huschauer: Und ab dann erst übernimmt das Helium auch die weitere Kühltätigkeit, sage ich mal.
Alexander Huschauer: Und es ist vor allem, wenn man
Alexander Huschauer: sich denkt, dass man diese Maschine von Raumtemperatur runterkühlen muss,
Alexander Huschauer: minus 270 auf minus
Alexander Huschauer: 270 grad dann kommt es dann natürlich auch zu
Alexander Huschauer: extremen mechanischen änderungen also
Alexander Huschauer: im endeffekt verkürzt sich so eine lhc magnet beim abkühlen um bis zu vier zentimeter
Alexander Huschauer: der ist wie groß normalerweise der ist eben so 15 meter lang 15 meter und wird
Alexander Huschauer: vier zentimeter also über die ganze maschine sprechen wir da schon von mehr
Alexander Huschauer: als 50 metern dann ja und das muss ausgeglichen werden,
Alexander Huschauer: auch von diesen Flanschen oder Bellows,
Alexander Huschauer: die flexibel gestaltet werden müssen zwischen den verschiedenen Magneten,
Alexander Huschauer: damit dort diese Längendilatation abgefangen werden kann.
Tim Pritlove: Wann ist der LHC das erste Mal in Betrieb gegangen?
Alexander Huschauer: Das erste Mal in Betrieb gegangen ist der 2008 und dann gab es einen kleinen Stopp 2008 bis 2009.
Tim Pritlove: Weil mit dem Magneten was schief gelaufen ist?
Alexander Huschauer: Genau, da ist in der ersten Phase, während einer Testphase ein bisschen was schief gelaufen.
Alexander Huschauer: Da warst du aber noch nicht hier oder? Da war ich noch nicht hier. Ich bin seit 2011 hier.
Alexander Huschauer: Aber da gab es einen, im Prinzip gab es einen elektrischen Kurzschluss in der
Alexander Huschauer: Verbindung zweier Magnete.
Tim Pritlove: Ja.
Alexander Huschauer: Das hat dazu geführt, dass es dann einen Lichtbogen gab, der genau diese Verpackung
Alexander Huschauer: des Heliums dann mal durchtrennt hat.
Alexander Huschauer: Das Helium dann begonnen hat dort auszutreten und eigentlich sind die Magnete,
Alexander Huschauer: haben schon Sicherheitsvorkehrungen dafür eingebaut, dass sowas passiert.
Alexander Huschauer: Aber das waren einfach Unmengen von Helium, die da ausgetreten sind.
Alexander Huschauer: Diese ganzen Ventile, die da existieren, die waren nicht dafür ausgelegt.
Alexander Huschauer: Und dementsprechend hat es dann eine riesige Druckwelle in der Maschine gegeben,
Alexander Huschauer: als dieses flüssige Helium dann gasförmig geworden ist, durch diese Ventile austreten wollte.
Alexander Huschauer: Der Druck hat sich immer weiter aufgebaut in diesem Kryostaten.
Alexander Huschauer: Und dann hat es einfach dazu geführt, dass longitudinal entlang der Maschine
Alexander Huschauer: eine extreme Druckwelle sich ausgebreitet hat und große Teile der Maschine einfach zerstört hat.
Alexander Huschauer: Und da mussten dann auch so bis zu 50 Magnete ausgetauscht werden,
Alexander Huschauer: was dann zu einem Stopp von einem Jahr geführt hat. Das Sicherheitssystem wurde
Alexander Huschauer: überdacht und seitdem laufen wir dann auch wieder ohne Probleme.
Tim Pritlove: Also gebrannt hat er aber nichts. Nein, gebrannt hat er nichts.
Tim Pritlove: So eine reine mechanische Deformation, aber das ist ja auch schlimm genug bei diesen Geräten.
Tim Pritlove: Die kauft man ja auch nicht so von der Stange, die werden ja auch alle speziell
Tim Pritlove: dafür hergestellt. und da gab es dann wahrscheinlich auch keine mehr,
Tim Pritlove: die noch irgendwie auf Lager lagen.
Alexander Huschauer: Es gab da zum Glück noch Ersatzterrenner und Ersatzmagnete, absolut.
Tim Pritlove: Glück gehabt.
Alexander Huschauer: Glück im Unglück, das sagt gern.
Tim Pritlove: Ok, haben wir denn jetzt die Chain mehr oder weniger komplett?
Tim Pritlove: Wenn wir jetzt mal so die ganze Beschleunigung vielleicht noch mal kurz zusammenfassen
Tim Pritlove: von der Quelle geht es durch den Linearbeschleuniger und da waren wir schon
Tim Pritlove: bei den Megaelektronenvolt oder waren das noch die Kilowatt?
Alexander Huschauer: 160 Megaelektronenvolt und dann gehen wir in den Booster,
Alexander Huschauer: da gehen wir zu 2 Gigaelektronenvolt, im Protonensynchrotron zu 26 Gigaelektronenvolt,
Alexander Huschauer: im Superprotonensynchrotron zu 450 Gigaelektronenvolt Und dann schlussendlich
Alexander Huschauer: im LHC zu 7 Teraelektronenvolt oder 7000 Gigaelektronenvolt Energie pro Strahl.
Alexander Huschauer: Weil im LHC kollidieren wir zwei Strahlen aufeinander.
Alexander Huschauer: Das heißt, vom SPS gibt es zwei Transferlinien, die einmal BIM1 und BIM2 in den LHC injizieren.
Alexander Huschauer: Einmal läuft der Strahl im Uhrzeigersinn, einmal gegen den Uhrzeigersinn,
Alexander Huschauer: in zwei unabhängigen Vakuumkammern.
Alexander Huschauer: Und an den Interaktionspunkten, wo dann die großen Experimente angeordnet sind,
Alexander Huschauer: dort werden die Strahlen dann vereint in eine einzelne Vakuumkammer und in Kollision gebracht.
Alexander Huschauer: Diese Strahlen sind jetzt nicht kontinuierlich in der Maschine,
Alexander Huschauer: die sind in Pakete zusammengefasst, die nennen wir Bunches.
Alexander Huschauer: Particle-Proton-Bunches und im LHC haben diese Pakete 25 Nanosekunden Abstand.
Alexander Huschauer: Also alle 25 Nanosekunden haben wir so ein Paket und insgesamt können wir so
Alexander Huschauer: 2800 dieser Pakete in der Maschine Speichern.
Alexander Huschauer: Und in Kollision bringen.
Tim Pritlove: Speichern heißt im Ring behalten.
Alexander Huschauer: Im Ring behalten, weil das ist auch diese 1,2 Sekunden, über die wir gesprochen
Alexander Huschauer: haben, diese Basic Period, die trifft nicht wirklich auf den LHC zu.
Alexander Huschauer: Der LHC ist einerseits eine Kollisionsmaschine, die eben Teilchen kollidieren
Alexander Huschauer: lässt, aber andererseits auch ein sogenannter Speicherring, der die Protonenstrahlen
Alexander Huschauer: über Stunden speichern kann.
Alexander Huschauer: Sprich die ganze Injektorenkette, die die sendet Strahl zum LHC,
Alexander Huschauer: die füllt den LHC mit der Anzahl an Teilchen, Anzahl an Protonenpakete, die der LHC benötigt.
Alexander Huschauer: Sobald dieses Füllen abgeschlossen ist, beginnt der LHC die Energie zu erhöhen
Alexander Huschauer: von den 450 GeV Injektionsenergie hoch auf diese 7 Teraelektronenvolt.
Alexander Huschauer: Und danach beginnt man so eine Phase, in der verschiedene Maschinenparameter
Alexander Huschauer: angepasst werden, um möglichst effizient nachher in Kollision gehen zu können.
Alexander Huschauer: Und dann erst beginnt man Physik und das nennen wir dann Stable Beams,
Alexander Huschauer: wenn die Strahlen eben stabil kollidieren und das kann mehrere Stunden dauern.
Alexander Huschauer: Also der Rekord, dass die Strahlen im LHC gehalten wurden,
Alexander Huschauer: sind um die 56 Stunden und so ein typischer Fill,
Alexander Huschauer: also typische Dauer dieser Stable Beams ist so 8 bis 12 Stunden,
Alexander Huschauer: in denen Kollisionen stattfinden, in denen die Direktoren dann die Kollisionsprodukte
Alexander Huschauer: messen und langsam stetig nimmt dann die Teilchenanzahl in der Maschine ab,
Alexander Huschauer: bis irgendwann nicht mehr genügend Teilchen vorhanden sind und dann wird die
Alexander Huschauer: Maschine eben neu gefüllt.
Tim Pritlove: Das heißt man, ich hab mir das glaube ich am Anfang so ein bisschen vorgestellt,
Tim Pritlove: für jede Kollision pumpt man einmal da so einen Strahl rein und dann ballert
Tim Pritlove: der anderthalb Sekunden später halt irgendwo drauf und das war's.
Tim Pritlove: Und wenn man wieder weitermachen will holt man sich halt einfach das nächste aus der Quelle.
Alexander Huschauer: Das ist halt ineffizient weil diese Rampe um von 450 GeV auf 7 Teraelektronen
Alexander Huschauer: Volt zu kommen im LHC schon mal eine halbe Stunde dauert.
Tim Pritlove: Aha, das wäre meine nächste Frage gewesen, wie lange das eigentlich dauert.
Tim Pritlove: Eine halbe Stunde bis man auf die maximale Geschwindigkeit kommt.
Alexander Huschauer: Genau, bis man auf die maximale Energie ist.
Tim Pritlove: Das heißt, wie viel davon wird in den einzelnen der vier Ringe drauf verwendet?
Alexander Huschauer: Dieses Füllen, das dauert ungefähr eine halbe Stunde.
Tim Pritlove: Oder sind die alle im Prinzip gleichzeitig im Betrieb, die Ringe?
Alexander Huschauer: Die sind alle immer gleichzeitig in Betrieb. Die Strahlen für den LAC werden
Alexander Huschauer: durch die komplette Kette durchgesendet, in den LAC injiziert.
Alexander Huschauer: Aber wir können immer nur eine bestimmte Anzahl von Teilchenpaketen erzeugen in den Injektoren.
Alexander Huschauer: Sprich, wir brauchen viele Injektionen in den LAC von einer bestimmten Anzahl an Teilchenpaketen.
Alexander Huschauer: Jetzt sagt man zum Beispiel, wir injizieren 144 Pakete von dem SPS in den LAC.
Alexander Huschauer: Wir wollen im Endeffekt 2800 haben.
Alexander Huschauer: Dementsprechend muss man diese Injektionen und diesen Prozess immer und immer
Alexander Huschauer: wieder wiederholen, bis der LHC schlussendlich voll ist und erst wenn der LHC
Alexander Huschauer: komplett gefüllt ist, dann beginnt der LHC sein Energiereinschub.
Tim Pritlove: Also der wird sozusagen so richtig Druck betankt und so voll gemacht wie es irgendwie geht.
Tim Pritlove: Und was ist die Grenze dafür, wieviel Teilchen der aufnehmen kann und von was
Tim Pritlove: für einer Menge an Masse reden wir da?
Alexander Huschauer: Also so ein Protonen-Bunch, der hat 10 hoch 11 Teilchen.
Alexander Huschauer: Also sind wir so bei 100 Milliarden Teilchen in einem solchen Bunch und dann
Alexander Huschauer: hat man 2000 die da drinnen zirkulieren.
Alexander Huschauer: Ist nicht viel. Ist nicht viel.
Tim Pritlove: Also nicht dass da jetzt Kilogramm Material rumfliegt, sondern eigentlich eher sehr sehr wenig.
Alexander Huschauer: Aber energetisch ist es extrem viel. Also die Energie, die in so einem Strahl
Alexander Huschauer: gespeichert ist, vor allem bei der höchsten Energie im LHC, bei 7 TeV,
Alexander Huschauer: die ist schon wirklich enorm.
Alexander Huschauer: Und einerseits hängt das natürlich ab von der Ladung der Protonen,
Alexander Huschauer: einerseits von der Anzahl der Teilchen, von der Anzahl der Bunche.
Alexander Huschauer: Und da kann man dann schon sagen, dass wir so 500 Megajoule an Energie in einem
Alexander Huschauer: Strahl speichern, was dann auch gefährlich für die Maschine werden kann.
Alexander Huschauer: 500 Megajoule kann man so eine Tonne Kupfer schmelzen.
Alexander Huschauer: Wir machen oft den Vergleich so ein Hochgeschwindigkeitszug bei über 200 Kilometer
Alexander Huschauer: pro Stunde hat ungefähr die gleiche gespeicherte Energie.
Alexander Huschauer: Also kann man sich schon vorstellen, wenn der einen Unfall baut, was damit passiert.
Tim Pritlove: Ein Güterzug.
Tim Pritlove: Obwohl es sich quasi unbeschleunigt nur um wenige Gramm handeln würde sozusagen.
Alexander Huschauer: Also die Masse ist nicht das Problem, es ist wirklich die Energie.
Tim Pritlove: Ja klar, die Masse entsteht ja dann durch die Energie, ist ja letztlich das gleiche.
Tim Pritlove: Und diese Speicherung, gerade mit dem Beispiel,
Tim Pritlove: das war auch mal, was weiß ich, über zwei Tage da drin,
Tim Pritlove: das heißt, wenn man es einmal so beschleunigt hat mit diesen supraleitenden
Tim Pritlove: Magneten, Muss man dann auch nicht so viel Energie wieder hinzuführen,
Tim Pritlove: um das am Laufen zu halten oder muss das im Prinzip die ganze Zeit angetrieben werden?
Alexander Huschauer: Die Energie, die man braucht, ist jene,
Alexander Huschauer: um das Helium kühl zu halten und um diese ganze Kryo-Anlage im Betrieb zu halten.
Alexander Huschauer: Aber dann genau, dann haben wir keine resistiven Verluste, keinen Widerstand
Alexander Huschauer: in den Spulen. Da zirkulieren die 11.000, 12.000 Ampere durch die Maschine.
Tim Pritlove: Weil es ja Supraleitend ist, also Hauptsache es ist kühl, aber die Kühlmaschinen,
Tim Pritlove: die fressen natürlich auch nochmal.
Alexander Huschauer: Absolut. Trotzdem haben wir im LHC dann einen konstanten Verbrauch von 40 Megawatt.
Tim Pritlove: 40 Megawatt konstanter Verbrauch, solange der Ring in Betrieb ist.
Tim Pritlove: Ganz genau. Und wie oft, also ist der immer in Betrieb?
Alexander Huschauer: Gerade heute haben wir im Prinzip, oder gestern, die Commissioning-Phase vom LRC abgeschlossen.
Alexander Huschauer: Sprich, er ist jetzt wirklich in den Physikbetrieb übergegangen und beginnt
Alexander Huschauer: jetzt langsam mit der Intensität und der Anzahl der Protonenpakete nach oben zu gehen.
Alexander Huschauer: Das ist immer so ein, der Anfang des Jahres muss man immer wieder checken,
Alexander Huschauer: dass wirklich alle Systeme richtig funktionieren und dass man dann langsam die
Alexander Huschauer: Intensität, die in der Maschine gespeichert wird, nach oben dreht,
Alexander Huschauer: bis man eben dort ankommt, wo wir dann so gegen Ende Juni bis Ende des Jahres laufen.
Alexander Huschauer: Und dann gibt es diese Winterstops, Wintershutdowns,
Alexander Huschauer: und die sind dieses Jahr zum Beispiel von Ende Oktober Bis dann nächstes Jahr
Alexander Huschauer: Februar, März, wo die Maschinen dann graduell wieder ans Netz gebracht werden.
Alexander Huschauer: Vor allem im Winter, wenn auch der Strom relativ teuer ist, wird gestoppt.
Tim Pritlove: Deswegen?
Alexander Huschauer: Auch deswegen, absolut.
Tim Pritlove: Aber nicht nur deswegen?
Alexander Huschauer: Naja, einerseits braucht man natürlich Wartungsarbeiten, die jedes Jahr durchgeführt werden müssen,
Alexander Huschauer: aber gerade auch mit den aktuellen Strompreisen und mit eventuellen Engpässen
Alexander Huschauer: in der Stromlieferung und so stoppen wir auch früher, als wir normalerweise getan hätten.
Alexander Huschauer: Also zum Beispiel dieses Jahr wird ein Jahr früher gestoppt,
Alexander Huschauer: eben auch aus Energieeffizienzgründen.
Alexander Huschauer: Und während dieser ganzen Zeit verbraucht der LAC diese 40 Megawatt und erst
Alexander Huschauer: dann wirklich im Winter, wenn er abgeschaltet wird, dann geht dieser Verbrauch nach unten.
Tim Pritlove: Verstehe. Also der Grund,
Tim Pritlove: dass es abgeschaltet wird ist, man muss sowieso warten und man macht es dann
Tim Pritlove: am besten im Winter, weil dann spart man auch noch am meisten Strom und dann
Tim Pritlove: haben manche auch noch ein bisschen Pause und man macht ja lieber einen Urlaub
Tim Pritlove: im Winter. Okay, verstehe.
Tim Pritlove: Kommt das eine und das andere zusammen.
Tim Pritlove: Eigentlich wollen doch alle nur Skifahren gehen.
Alexander Huschauer: Gibt es hier eine gute Infrastruktur. Hab ich auch gehört.
Tim Pritlove: Jetzt hast du erwähnt, es gibt ja diverse Punkte,
Tim Pritlove: an denen man, also sozusagen immer am Ausgang der kleineren Synchrotrone,
Tim Pritlove: da gibt es sozusagen die Möglichkeit Experimente zu fahren.
Tim Pritlove: Im reinen Kollisionsmodus, also sozusagen die Teilchen die beschleunigt sind
Tim Pritlove: die treffen dann auf irgendwas auf, dieses Prinzip mit zwei Strahlen treffen
Tim Pritlove: aufeinander, das ist sozusagen LHC spezifisch, das geht nur in dem großen Ring.
Tim Pritlove: Jetzt gibt es ja glaube ich noch so eine Sonderzone, wo so Experimente aller Art angesiedelt sind.
Alexander Huschauer: Die North Zone oder die East Zone. North ist am SPS,
Alexander Huschauer: East ist am PS, wo dann verschiedene User,
Alexander Huschauer: wie wir die nennen, von außen hineinkommen können und verschiedenste Tests machen können,
Alexander Huschauer: also zum Beispiel Materialien einfach bestrahlen, um zu sehen,
Alexander Huschauer: wie sich die unter der Einwirkung von Protonenstrahlen oder Ionenstrahlen verhalten.
Alexander Huschauer: Oder wirklich auch Grundlagenforschung zu machen, um sich anzusehen,
Alexander Huschauer: wie zerfallen verschiedene Produkte, was sind die Zerfallsprodukte.
Alexander Huschauer: Also einerseits gerade zum Beispiel dunkle Materie,
Alexander Huschauer: natürlich einerseits gibt es die Forschung dafür am LHC,
Alexander Huschauer: aber es gibt auch sehr viel Forschung in diesen ganzen experimentellen Zonen,
Alexander Huschauer: wo man halt, nachdem die Möglichkeit der Masse dieser Teilchen,
Alexander Huschauer: die zuständig sein können für die dunkle Materie, einen enormen Energiebereich
Alexander Huschauer: spannen können, man nicht genau weiß, wo, in welchem Energiebereich sich die
Alexander Huschauer: befinden, sucht man im LHC danach, sucht man aber auch bei anderen Energien danach einfach.
Alexander Huschauer: Und dafür sind diese verschiedenen Beschleuniger mit ihren unterschiedlichen
Alexander Huschauer: Energien wirklich bestens geeignet, wenn man verschiedene Experimente an verschiedenen
Alexander Huschauer: Beschleunigern durchführen kann. Was jetzt das...
Alexander Huschauer: Was der Unterschied ist zwischen diesen Kollisionsexperimenten und diesen Fixed-Target-Experimenten
Alexander Huschauer: ist, dass die Energien, die erreicht werden können, wesentlich geringer sind bei Fixed-Target.
Alexander Huschauer: Man schießt den umlaufenden Strahl auf einen ruhenden Block.
Alexander Huschauer: Da ist im Prinzip die Energie, die man erzeugt proportional zur Wurzel aus der
Alexander Huschauer: Energie der einfallenden Teilchen,
Alexander Huschauer: während bei den zwei umlaufenden Strahlen einfach die doppelte Energie,
Alexander Huschauer: die Energie jedes Strahles zählt und somit haben wir diese Kollisionen bei 7 TeV.
Alexander Huschauer: Das führt zu einer Schwerpunktenergie von 14 TeV in beiden Strahlen und man
Alexander Huschauer: hat halt viel mehr Energie zur Verfügung, die man in Materie umwandeln kann,
Alexander Huschauer: als bei diesen Fixed-Target-Experimenten.
Tim Pritlove: Ok, Grundlagenforschung ist klar, das ist immer interessant und das steht ja
Tim Pritlove: hier auch im Fokus. Aber es gibt auch andere Forschungen. Was ist das?
Tim Pritlove: Also Materialforschung, dass man in dem Bereich so einen Strahlenbeschleuniger auch benutzen kann?
Alexander Huschauer: Also wir haben zum Beispiel, wenn ich als Beispiel hernehme,
Alexander Huschauer: die East Area am PS, dann gibt es dort eine sogenannte Test Facility und die
Alexander Huschauer: wird auch dafür verwendet, dass all die großen LHC-Experimente, ATLAS, CMS, LS etc.
Alexander Huschauer: Ihre Detektoren testen können und sehen, wie sich die Materialien,
Alexander Huschauer: wie sich die Siliziumdetektoren verhalten unter Strahleinfluss.
Alexander Huschauer: Also in diesem Sinne auf jeden Fall auch Materialtests für zukünftige Entwicklungen
Alexander Huschauer: der verschiedenen Bestandteile der Kette im Prinzip.
Alexander Huschauer: Dann gibt es auch eine Facility, die nennt sich Heiratmat, wo wir mit hohen
Alexander Huschauer: Energien auf Materialien, auf verschiedensten Materialien die Strahlen schießen.
Alexander Huschauer: Um dann eben einfach zu sehen, wie gut, wie, wie soll ich sagen,
Alexander Huschauer: wie widerstandsfähig sind verschiedenste Materialien.
Alexander Huschauer: Was für Schäden kann der Strahl erzeugen, abhängig von der Strahlgröße,
Alexander Huschauer: von der Strahlintensität, von der Strahlenergie.
Alexander Huschauer: Wenn wir verschiedenste Elemente im Beschleuniger einbauen, möchte man oft mal
Alexander Huschauer: neue Materialien ausprobieren und sehen, ob die vielleicht ein bisschen besser
Alexander Huschauer: geeignet sind für den jeweiligen Anwendungszweck. Das muss man vorher testen.
Alexander Huschauer: Und dafür gibt es dann so eine Facility zum Beispiel. Dann gibt's...
Alexander Huschauer: Unsere Antimaterie-Produktion mit dem Antiprotonen-Decelerator,
Alexander Huschauer: ein Endschleuniger, der dazu führt, dass Teilchen langsamer werden.
Alexander Huschauer: Also wie das dort funktioniert ist, man schießt wiederum Protonen auf einen
Alexander Huschauer: Metallblock und filtert dahinter die Antiprotonen heraus.
Alexander Huschauer: Das heißt, alle anderen Teilchen werden im Prinzip abgelenkt und weggeworfen,
Alexander Huschauer: wenn man so möchte. Man filtert nur die Antiprotonen heraus.
Alexander Huschauer: Die werden dann von einer speziellen weiteren Maschine, auch ein Synchrotron,
Alexander Huschauer: das halt nicht Teil der Hauptkette ist, aber genauso ein Synchrotron ist,
Alexander Huschauer: die werden von dort dann entschleunigt, zu einem weiteren kleinen Synchrotron geschickt vom AD,
Alexander Huschauer: diesem Decelerator, zu Eleanor, der eine sehr geringe Energie am Ende hat und
Alexander Huschauer: dort kommen wir zu antiprotonen Energien von nur 100 Kiloelektronenvolt.
Alexander Huschauer: Also da sind wir dann quasi wieder von den Energien vergleichbar zum Beginn
Alexander Huschauer: der Kette, wo wir die Protonen erzeugt haben.
Tim Pritlove: Gerade mal in der Source.
Alexander Huschauer: Genau, aber man braucht eben hohe Energien zu formen,
Alexander Huschauer: die Antiprotonen zu erzeugen und dann möchte man sie aber extrem abbremsen,
Alexander Huschauer: um sie einerseits untersuchen zu können und Vergleiche machen zu können zwischen
Alexander Huschauer: Antiprotonen und Protonen.
Alexander Huschauer: Andererseits aber auch einfach um Antivasserstoff zu erzeugen.
Alexander Huschauer: Das heißt, man bringt diese Antiprotonen in Kontakt mit den Antiteilchen vom Elektron,
Alexander Huschauer: dem Positron, und versucht daraus ein Antivasserstoffatom zu erzeugen und untersucht
Alexander Huschauer: dann die Eigenschaften dieses Antivasserstoffs und vergleicht sie mit Wasserstoff.
Alexander Huschauer: Zum Beispiel die Energieniveaus, die so ein Antiwasserstoffatom mit sich bringt.
Alexander Huschauer: Wie verhält es sich in der Schwerkraft, falls nach oben oder falls nach unten?
Tim Pritlove: Verhalten die sich denn sonst ähnlich wie ihre Äquivalente?
Alexander Huschauer: Ja, ja, ja.
Tim Pritlove: Ich weiß ja nicht, ich habe nicht so viel mit Antimaterie zu tun.
Tim Pritlove: Ist die jetzt hier gerade im Raum? Kann schon sein, ja?
Alexander Huschauer: Naja, das ist halt so eine der großen Fragen der Physik. Woher kommt dieses
Alexander Huschauer: Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie?
Alexander Huschauer: Ursprünglich, direkt nach dem Urknall geht man davon aus, dass ja beide irgendwie
Alexander Huschauer: zu gleichen Teilen bestanden haben müssen, aber die Materie hat dann gewonnen.
Alexander Huschauer: Wenn die beide wirklich identisch gewesen wären, dann löscht sich Materie und
Alexander Huschauer: Antimaterie einfach aus. Dann gäbe es vielleicht gar nichts.
Alexander Huschauer: Genau, aber wir sind immer noch da.
Alexander Huschauer: Also da gab es dann irgendeinen Mechanismus, der dann dazu geführt hat,
Alexander Huschauer: dass doch die Materie gewonnen hat.
Alexander Huschauer: Und das möchte man auch untersuchen mit diesen Antimaterien.
Tim Pritlove: Das heißt die andere Antimaterie, die übrig geblieben ist, die ist vielleicht
Tim Pritlove: schon längst egalisiert, also das ist alles weg, aber man kann es sozusagen
Tim Pritlove: kurzfristig wiederherstellen?
Alexander Huschauer: Man kann sie erzeugen wieder genau.
Tim Pritlove: Okay, verstehe. Jetzt geht ja nicht immer alles nach Plan.
Tim Pritlove: Also wir hatten ja schon diesen kleinen Unfall, sowas erregt natürlich immer
Tim Pritlove: viel Aufmerksamkeit, gerade wenn es neu ist, aber was treten denn hier für Probleme auf?
Tim Pritlove: Also was geht denn auch mal schief oder was ist sozusagen das,
Tim Pritlove: worauf auch die ganze Zeit geachtet werden muss?
Tim Pritlove: Also Surveillance, Wartung und Reparaturen, was geht kaputt? Die Kühlung? Alles?
Alexander Huschauer: Viel.
Tim Pritlove: Das ist permanent auch.
Alexander Huschauer: Ja, auch permanent. Es ist halt doch ein riesiger Komplex mit verschiedensten
Alexander Huschauer: Technologien, die im Einsatz sind. Mit verschiedensten Elementen.
Alexander Huschauer: Magneten, Stromversorgungen, Kühlsysteme, Vakuumsysteme, Hochfrequenzsysteme
Alexander Huschauer: und überall dort kann was kaputt gehen.
Alexander Huschauer: Das kann einfach ein Kondensator sein in einer der Stromversorgungen,
Alexander Huschauer: dass einer der Magnete dann einfach nicht mehr den Strom bekommt,
Alexander Huschauer: den er eigentlich braucht, um die Strahlen auf der Bahn halten zu können.
Alexander Huschauer: Dafür gibt es dann am CERN die Equipment-Experten.
Alexander Huschauer: Also für jeden Bereich gibt es im Prinzip die Experten.
Alexander Huschauer: Und wir in der Operations Group sind dafür zuständig. Wir haben Leute,
Alexander Huschauer: die 24-7 auf Schicht sind, um diese Beschleuniger zu betreiben und eben auch
Alexander Huschauer: die Leistungsfähigkeit der Maschine nachzuverfolgen.
Alexander Huschauer: Und immer wenn ein Problem auftritt, entweder selbst lösen zu können oder halt
Alexander Huschauer: auch zu identifizieren, welche Leute muss ich kontaktieren, um jetzt diese eine
Alexander Huschauer: Stromversorgung zum Beispiel zu reparieren.
Alexander Huschauer: Manchmal kann es sein, dass an einer Stelle zum Beispiel ein Problem mit dem Vakuum auftritt.
Alexander Huschauer: Dann kontaktiert man den Vakuum-Experten, der sich das dann genau ansieht und
Alexander Huschauer: uns sagt, okay, ist normal, erwarten wir, oder da haben wir vielleicht ein Lack,
Alexander Huschauer: sollten wir uns mal anschauen. dann müssen wir mal in die Maschine hinein und
Alexander Huschauer: das vielleicht patchen.
Alexander Huschauer: Dann, was wir gerade gestern wieder hatten, ein kritischer Punkt ist immer,
Alexander Huschauer: Strahl von einer Maschine in die andere Maschine rüber zu schicken,
Alexander Huschauer: weil man hat eben diese Kicker und man muss diese Kicker richtig timen,
Alexander Huschauer: dass der Kicker in der einen Maschine den Strahl extrahiert,
Alexander Huschauer: aber gleichzeitig gibt es in der anderen Maschine Kicker, die den Strahl injizieren.
Alexander Huschauer: Also Extraktionskicker, Injektionskicker, die müssen aber mehr oder weniger
Alexander Huschauer: gleichzeitig feuern, nur durch die Time of Flight, die die Teilchen halt brauchen,
Alexander Huschauer: von einer Maschine zur nächsten und die halt synchronisiert.
Alexander Huschauer: Und dafür gibt es einen ganzen Synchronisierungsmechanismus zwischen den Maschinen,
Alexander Huschauer: wo die eine Maschine Informationen zur anderen Maschine sendet und wenn da mal
Alexander Huschauer: ein Stück Hardware kaputt geht, dann kannst du auf einmal keine Strahlen mehr injizieren.
Tim Pritlove: Krass die spielen so Tennis miteinander, im Prinzip die Maschinen und wieviel Sensoren?
Tim Pritlove: Hat man dann so im Blick, also ich könnte mir vorstellen, dass es alles voll
Tim Pritlove: ist mit Sensoren aller Art und dann hat man so einen Control Room,
Tim Pritlove: so einen War Room, wo 30.000 Bildschirme hängen.
Alexander Huschauer: Ja ganz so viele sind es nicht, aber wir haben schon, auf jeden Fall wir haben
Alexander Huschauer: das CERN Control Center, den CCC, wo der Großteil aller Bioschleuniger kontrolliert wird.
Alexander Huschauer: Und da haben wir unsere Vistas, die Bildschirme an der Wand hängen,
Alexander Huschauer: die uns zu jeder Zeit Statusinformationen geben über die Beschleuniger selbst.
Alexander Huschauer: Was ist die Intensität im Beschleuniger? Was ist das Magnetfeld im Beschleuniger?
Alexander Huschauer: Welche Art von magnetischem Zyklus wird gerade gespielt? Wohin sollen diese
Alexander Huschauer: Teilchen geschickt werden?
Alexander Huschauer: Habe ich Verluste, weil es kann auch sein, wenn eines dieser Elemente dann nicht
Alexander Huschauer: funktioniert im Beschleuniger, dann werde ich es in erster Linie dadurch sehen,
Alexander Huschauer: dass ich irgendwo Strahlverluste habe.
Alexander Huschauer: Das kann soweit führen, dass ich einen Alarm bekomme, weil an einer bestimmten
Alexander Huschauer: Stelle der ganze Strahl zentriert einfach aus der Maschine rausgeschossen wurde,
Alexander Huschauer: wo aber jetzt nicht die Transferlinie unbedingt ist.
Alexander Huschauer: Dann kriege ich dort einen Alarm über unseren Radiation Monitor und dann muss
Alexander Huschauer: ich verstehen, welches Element nicht funktioniert und dazu geführt hat,
Alexander Huschauer: dass wir den Strahl dort eben verloren haben.
Alexander Huschauer: In größeren Maschinen ist das dann wirklich problematisch, weil dort eben die
Alexander Huschauer: gespeicherte Energie im Strahl so hoch ist, dass, wenn das passiert,
Alexander Huschauer: die Maschine beschädigt werden kann.
Alexander Huschauer: Dementsprechend braucht man da schon spezielle Maschinenschutzkonzepte,
Alexander Huschauer: die frühzeitig erkennen, ob irgendein Equipment fehlerhaft ist.
Alexander Huschauer: In den kleineren Maschinen bis zum PS ist das jetzt nicht so problematisch,
Alexander Huschauer: ab dem SPS wird das dann eben problematisch.
Alexander Huschauer: In den kleineren Maschinen kriegt man halt einen Alarm und muss dann ein bisschen
Alexander Huschauer: warten, bis dieses Strahlungsniveau im Prinzip runtergegangen ist.
Alexander Huschauer: Und dann nehmen wir den Betrieb wieder auf.
Alexander Huschauer: Und oftmals kommt es auch vor, dass man dann direkt in die Maschine hineingehen
Alexander Huschauer: muss, weil Sachen, die kaputt gegangen sind, wirklich im Ring selbst nur zu reparieren sind.
Alexander Huschauer: Und das können zum Beispiel Verstärker sein für diese Hochfrequenz-Kavitäten.
Alexander Huschauer: Die haben oft Verstärker, die sehr nahe am Beam gebaut sind,
Alexander Huschauer: damit die ganzen Kabellängen und dergleichen wesentlich ziemlich kurz sind.
Alexander Huschauer: Und da muss man dann, da haben wir eine eigene Strahlenschutzgruppe,
Alexander Huschauer: die kontaktiert man dann,
Alexander Huschauer: die sagen, okay ihr habt so und so viel Stahl produziert in den letzten so und so viele Stunden,
Alexander Huschauer: das heißt jetzt müssen wir dort 15 Minuten, 30 Minuten, eine Stunde warten,
Alexander Huschauer: bis wir überhaupt hineingehen können in die Maschine, damit die Leute,
Alexander Huschauer: die dort dann arbeiten, auch einfach nur eine minimale radioaktive Strahlendosis abbekommen.
Tim Pritlove: Das ist nett, ja. Gab's denn auch mal so einen Fehler, wo ihr irgendwie nur
Tim Pritlove: blöd geguckt habt und überhaupt nicht wusstet, was jetzt los ist?
Alexander Huschauer: So beginnt jeder Fehler.
Tim Pritlove: Die Frage ist, wie lange hält der Zustand an?
Alexander Huschauer: Ja das kommt wirklich auf den Fehler drauf an. Gestern früh hatten wir da einen
Alexander Huschauer: Fehler, der eben die Synchronisation zwischen Booster und PS betroffen hat und
Alexander Huschauer: da haben wir so 3-4 Stunden mal herumgesucht, welches dieser Hardware-Module
Alexander Huschauer: denn kaputt gegangen ist.
Alexander Huschauer: Dann machst du ein Reboot von diesem Ding, dann funktionieren aber ein paar
Alexander Huschauer: der Parameter sind nicht richtig abgespeichert worden im Memory,
Alexander Huschauer: du musst sie neu setzen und es kann schon sein, dass das ein paar Stunden mal dauert.
Alexander Huschauer: Auch manchmal ist es halt nicht so offensichtlich welches Element jetzt der Schuldige ist.
Tim Pritlove: Das wollte ich nämlich gerade sagen. Wenn man weiß wo das Problem ist,
Tim Pritlove: ist man ja schon mal relativ weit.
Alexander Huschauer: Richtig, richtig. Oftmals weiß man nicht und dann versucht man halt auszuschließen,
Alexander Huschauer: was kann es nicht sein, bis man dann hinkommt und das eingrenzt.
Alexander Huschauer: Und natürlich was uns oft Hilfe gibt, ist der Strahl selbst.
Alexander Huschauer: Also wenn man den Strahl in die Maschine injizieren kann, aber dann zum Beispiel
Alexander Huschauer: in der Maschine nicht behalten kann, dann kann man den Strahl immer noch selbst
Alexander Huschauer: messen. Und man kann sich die Position des Strahls anschauen,
Alexander Huschauer: man kann sich die Größe des Strahls anschauen, man kann sich die Energie des Strahls anschauen.
Alexander Huschauer: Und das gibt dann oft auch einen Hinweis darauf, was schief geht.
Alexander Huschauer: Ist er zum Beispiel zu groß der Strahl, dann funktioniert irgendeiner von diesen
Alexander Huschauer: Quadrupolen nicht, dann funktioniert die Fokussierung nicht richtig.
Alexander Huschauer: Ist er viel zu lang der Strahl, ist er nicht mehr ein Paket,
Alexander Huschauer: sondern ist er so ein kontinuierlicher Strahl, dann sagen wir,
Alexander Huschauer: dass der Strahl debunched ist, ist eben kein Bunch mehr.
Alexander Huschauer: Dann funktioniert das mit den RF-Systemen nicht. Also so kann man sich mit dem
Alexander Huschauer: Strahl schon immer die Informationen holen, die man braucht,
Alexander Huschauer: um zumindest einzugrenzen, wo man sucht, ja.
Tim Pritlove: Ich kenne das aus manchen Bereichen, wo in zunehmendem Maße so eine Maschinenüberwachung
Tim Pritlove: auch mit Machine Learning schon gemacht wird,
Tim Pritlove: dass man im Prinzip die Sensorik einfach die ganze Zeit irgendwie erlernt und
Tim Pritlove: wenn man einen Fehler hat,
Tim Pritlove: dann sagt man so, hier ist mal was kaputt gegangen, dass man quasi schon sich
Tim Pritlove: so langsam so ein System aufbaut, was so Frühwarnfähigkeiten hat,
Tim Pritlove: also quasi das Versagen von Sensoriken oder so gewisser Insicht vorher sagt.
Alexander Huschauer: Das ist das Stichwort preventive maintenance, also Wartung vorhersehen im Prinzip,
Alexander Huschauer: bevor sie notwendig wird und Teile austauschen.
Alexander Huschauer: Also wir haben Unmengen von Daten, die wir laufend abspeichern,
Alexander Huschauer: natürlich einerseits der Experimente, aber auch wir auf der Beschleunigerseite.
Alexander Huschauer: Wir haben wirklich ein System, das all diese Daten kontinuierlich lockt und
Alexander Huschauer: das einerseits über die Strahlqualität, aber andererseits auch über die Equipmentqualität.
Alexander Huschauer: Und diese Datenmenge, die können wir dann eben verwenden, um Modelle zu trainieren
Alexander Huschauer: und dann Vorhersagen zu machen.
Alexander Huschauer: Man steckt noch ein bisschen in den Kinderschuhen für jetzt gerade diese Wartungsvorhersagen,
Alexander Huschauer: aber wo wir viel Machine Learning oder Optimierung einfach verwenden,
Alexander Huschauer: ist, um die Leistungsfähigkeit des Strahls zu verbessern.
Alexander Huschauer: Es gibt Temperaturvariationen, im LHC gibt es zum Beispiel auch Einfluss der Gezeiten.
Alexander Huschauer: Das sieht man auch, die Maschine ist relativ sensibel darauf, wie der Mond steht.
Alexander Huschauer: Also die Parameter des Strahls können sich laufend ändern.
Alexander Huschauer: Da kann natürlich der Operator, der die Maschine betreibt, intervenieren und
Alexander Huschauer: verschiedene Parameter anpassen.
Alexander Huschauer: Das passiert dann alle x Minuten, Stunden oder dergleichen, je nachdem,
Alexander Huschauer: wie es erforderlich ist.
Alexander Huschauer: Oder wir verwenden Optimierungsalgorithmen, die kontinuierlich die Strahlparameter
Alexander Huschauer: überwachen Und immer dann, wenn so ein Drift gemerkt wird, nachkorrigieren.
Alexander Huschauer: Das hilft uns auch in vielen Teilen, die Leistungsfähigkeit unserer Strahlen
Alexander Huschauer: einfach immer auf optimalem Niveau zu halten, sage ich mal.
Tim Pritlove: Das ist auf jeden Fall alles ein Moving Target. Es ist nicht einfach so eine Maschine,
Tim Pritlove: die man mal einschalten, dann läuft sie halt, sondern man muss eigentlich die
Tim Pritlove: ganze Zeit drauf schauen,
Tim Pritlove: man muss die ganze Zeit optimieren, gucken, dass nichts kaputt geht oder sich
Tim Pritlove: nicht zu schnell verschleißt und um sozusagen dann auch diesen Flow der Detektion,
Tim Pritlove: der letzten Endes das Ziel der ganzen Operation ist, nicht abreißen zu lassen.
Tim Pritlove: Trotzdem muss ja dann der Apparat ab und zu mal, also nicht nur gewartet werden,
Tim Pritlove: sondern es gab ja auch diese längeren Auszeiten, ich glaub das waren jetzt zwei große.
Alexander Huschauer: 2019, 20, da war der letzte große Stopp, Long Shutdown 2.
Alexander Huschauer: Davor gab es schon mal 2013, 14, gab es Long Shutdown 1 und jetzt für 26,
Alexander Huschauer: 27, 28 ist dann Long Shutdown 3 geplant.
Alexander Huschauer: In den vergangenen zwei Jahren hat man sich darum gekümmert,
Alexander Huschauer: dass die LHC-Injektoren bessere Leistungsfähigkeit haben,
Alexander Huschauer: um sie vorzubereiten auf das Upgrade des LHC selbst, was 2026-2028 stattfinden
Alexander Huschauer: wird, mit dem Ziel, dass wir mehr Kollisionen erzeugen können.
Alexander Huschauer: Ein wesentlicher Parameter im LHC ist die Luminosität.
Alexander Huschauer: Die sagt uns, wie viele Kollisionen pro Sekunde und pro Fläche können wir erzeugen.
Alexander Huschauer: Das heißt, umso höher die Luminosität, umso höher die Anzahl der Kollisionen,
Alexander Huschauer: die wir den Experimenten zur Verfügung stellen können.
Alexander Huschauer: Und die Luminosität wird umso höher, je mehr Teilchen wir haben,
Alexander Huschauer: haben oder je kleiner die Fläche unserer Teilchenpakete ist.
Alexander Huschauer: Deswegen hat dieser vergangene Shutdown in den Injektoren dazu gedient,
Alexander Huschauer: diese Strahlparameter zu verbessern, sprich mehr Teilchen in kleinere Strahldimensionen
Alexander Huschauer: hineinpacken zu können.
Alexander Huschauer: Wir haben im Prinzip für die LHC-Strahlen die Anzahl der Teilchen verdoppelt
Alexander Huschauer: und die Fläche halbiert.
Alexander Huschauer: Und somit können wir dann wesentlich höhere Luminosität zur Verfügung stellen
Alexander Huschauer: für die verschiedenen LHC-Experimente.
Alexander Huschauer: Das war im Prinzip ein Upgrade-Programm, das rein ausgelegt war auf die Anforderungen
Alexander Huschauer: des zukünftigen LHC, also High-Luminosity-LHC heißt dann das Upgrade vom LHC in den nächsten Jahren.
Alexander Huschauer: Aber gleichzeitig ist das dann auch von Vorteil für alle anderen Experimente,
Alexander Huschauer: die am CERN stattfinden, weil genauso diese verbesserte Strahlqualität auch denen zugutekommt.
Tim Pritlove: Also so kann man dann noch mehr rausholen aus dem LHC und dann wird ja,
Tim Pritlove: wie lange ist die Pause? In so einem Jahr?
Alexander Huschauer: Drei Jahre für den LHC.
Tim Pritlove: Drei Jahre?
Alexander Huschauer: Ja, wirklich große Umbauarbeiten sind da geplant. Da werden Teile der Magnete
Alexander Huschauer: ausgetauscht, da werden neue
Alexander Huschauer: Systeme eingebaut, um diese Kollisionen eben noch effizienter zu machen.
Alexander Huschauer: Und da braucht man dann doch einiges an Zeit, auch viel Arbeit passiert jetzt schon.
Alexander Huschauer: Also alles was Infrastruktur betrifft, alles was neue Gebäude,
Alexander Huschauer: neue Tunnelbereiche und so gibt, das wurde sogar schon alles fertiggestellt.
Alexander Huschauer: Aber jetzt natürlich, jetzt holen wir noch so viel wie möglich raus aus der
Alexander Huschauer: Maschine und warten auch noch bis die ganzen Bauteile dann wirklich zur Verfügung
Alexander Huschauer: stehen, um dieses Upgrade machen zu können.
Alexander Huschauer: Und dann wird die Maschine für drei Jahre abgeschaltet und abgegradet.
Tim Pritlove: Das ist schon echt speziell, dass man so eine unglaublich lange Auszeit hat.
Tim Pritlove: Für die Wissenschaftler stimmt das auch nicht so toll. Wobei so viele Daten
Tim Pritlove: wie hier anfallen, gibt es wahrscheinlich auch zwischendurch noch genug zu entdecken und auszuwerten.
Tim Pritlove: Also da wird einem nicht langweilig unbedingt.
Alexander Huschauer: Und es gibt auch noch die Injektoren. Also der LAC selbst wird drei Jahre stoppen,
Alexander Huschauer: aber die Injektoren werden so ein, eineinhalb Jahre stoppen.
Alexander Huschauer: Das heißt die ganze Physik in den anderen experimentellen Zonen,
Alexander Huschauer: die beginnt vorher schon wieder.
Tim Pritlove: Also in dem Booster, in dem SPS, das läuft alles weiter, es ist nur der LAC.
Alexander Huschauer: Es ist ein kürzerer Stopp eben in diesem Maschinen.
Tim Pritlove: Okay gut, aber dann nach einem anderthalb Jahr kann man da zumindest schon mal
Tim Pritlove: wieder arbeiten, aber der LHC der muss dann halt noch richtig hübsch gestrichen
Tim Pritlove: werden sozusagen, bis alles hübsch ist.
Tim Pritlove: Okay, das heißt das ist dann sozusagen jetzt auch so der Ausblick für die zumindest
Tim Pritlove: absehbare Zukunft, was jetzt auch schon ganz klar ist, dass das auf jeden Fall stattfinden wird.
Alexander Huschauer: Absolut.
Alexander Huschauer: Dieses High-Luminosity-LHC-Projekt, das ist die Priorität für das CERN im Moment,
Alexander Huschauer: dieses Upgrade durchzuführen.
Alexander Huschauer: Da ist alles unterwegs, um diese neuen Elemente gerade zu konstruieren und einzubauen.
Alexander Huschauer: Und das soll eben die LHC-Kette bis zum Jahr 2040 so in Betrieb halten,
Alexander Huschauer: soll dann natürlich nach dem Upgrade wesentlich höhere Statistik den Experimenten
Alexander Huschauer: zur Verfügung stellen, damit man schneller zu Entdeckungen kommen kann.
Alexander Huschauer: Ungefähr ein Faktor 10 wird sich diese Luminosität erhöhen nach diesem Upgrade von dem LHC.
Alexander Huschauer: Und das ist halt jener Schritt jetzt, um den LRC wirklich komplett auszunützen,
Alexander Huschauer: bis ans Ende seiner Lebensdauer sozusagen.
Alexander Huschauer: Und dann muss man halt schon darüber hinaus schauen und muss mal anfangen.
Alexander Huschauer: Also der LRC ist 2008 in Betrieb gegangen. Die ersten Diskussionen und Vorschläge
Alexander Huschauer: für so eine Maschine sind 1984 gemacht worden.
Alexander Huschauer: Also da ist wirklich eine lange Designphase, Entwicklung, Produktion,
Alexander Huschauer: Installation und alles dahinter.
Alexander Huschauer: Beim LHC ist es so, dass es damals schon in dem gleichen Tunnel,
Alexander Huschauer: wo der LHC heute ist, eine Maschine gab, wo Elektronen und Positronen,
Alexander Huschauer: also die Antiteilchen der Elektronen, beschleunigt und kollidiert wurden.
Alexander Huschauer: Und da hat man im Prinzip einerseits die Elektronenspeicherringe oder Kollider
Alexander Huschauer: und andererseits die Protonenmaschinen.
Alexander Huschauer: Mit Elektronen sagt man so, das sind Präzisionsmaschinen, weil die Elektronen
Alexander Huschauer: keine Substruktur haben.
Alexander Huschauer: Das heißt, da treffen wirklich Elektronen auf Elektronen und man kann ganz genau
Alexander Huschauer: physikalische Prozesse damit untersuchen.
Alexander Huschauer: Während diese Protonenmaschinen, Protonen, interne Struktur,
Alexander Huschauer: Quarks, Gluonen, das heißt, da treffen keine Teilchen, keine einzelnen Teilchen,
Alexander Huschauer: sondern da trifft man so ein Gemisch von Teilchen aufeinander.
Alexander Huschauer: Dadurch entstehen extrem viele verschiedene Produkte, viel Background,
Alexander Huschauer: den man auch gar nicht haben möchte, aber auch extrem viel Potenzial für neue Physik.
Alexander Huschauer: Und deswegen heißen diese Protonen-Maschinen dann Entdeckungsmaschinen,
Alexander Huschauer: oft, weil man damit eben neue Physik entdecken kann. Jetzt haben wir das Higgs-Boson
Alexander Huschauer: entdecken können vor zehn Jahren mit dem LHC.
Alexander Huschauer: Natürlich möchte man weitere Dinge entdecken, aber man möchte genauso die Higgs-Eigenschaften
Alexander Huschauer: ganz genau verstehen können. Und dafür braucht es im Prinzip wiederum so eine
Alexander Huschauer: Präzisionsmaschine mit höheren Energien.
Alexander Huschauer: Die Eigenschaften des Higgs-Bosons direkt messen kann.
Alexander Huschauer: Und deswegen wäre dann der nächste Schritt nach diesem High-Luminosity-LHC,
Alexander Huschauer: nennen wir dieses Studiegerad FCC,
Alexander Huschauer: Future Circular Collider, und das wäre dann eine Maschine, so wie es jetzt geplant
Alexander Huschauer: wird, von 91 Kilometer Länge, die eben genauso hier in die Region hineinpassen würde.
Alexander Huschauer: Also das ist auch dann schon sehr sehr herausfordernd in mehrerer Hinsicht.
Alexander Huschauer: Natürlich in Hinsicht von Magnetfeldern, die man braucht für diese Maschine,
Alexander Huschauer: in der Hinsicht von allein, wie baue ich diesen Tunnel, wie stabil ist das ganze
Alexander Huschauer: Gestein, wo ich diesen Tunnel hinbaue, wie hoch sind diese Zutrittspunkte.
Alexander Huschauer: Teilweise ist die Maschine dann unter dem Berg, da muss ich schon mal einen
Alexander Huschauer: sehr, sehr langen Access-Tunnel graben.
Alexander Huschauer: Was ist dann Sicherheitsaspekte, wenn da unten irgendetwas passiert,
Alexander Huschauer: wie komme ich rauf, wenn der Aufzug nicht funktioniert, all diese Dinge müssen dann beachtet werden.
Alexander Huschauer: Aber so ein FCC für Elektronen und Positronen, das wäre so im Prinzip der nächste
Alexander Huschauer: logische Schritt, was die Beschleunigerkette betrifft, um dann diese Higgs-Properties
Alexander Huschauer: im größeren Detail untersuchen zu können.
Alexander Huschauer: Und dann wird das auch so aufgezogen, dass man nach diesem FCC-II auch wiederum
Alexander Huschauer: einen Protonen-Protonen-Beschleuniger machen kann.
Alexander Huschauer: In dem gleichen Tunnel, in diesem gleichen 91 Kilometer Tunnel,
Alexander Huschauer: eben gleich wie es mit diesem LEP und
Alexander Huschauer: dem LAC war, dass man die vorhandene Infrastruktur wieder verwenden kann.
Tim Pritlove: Gleichzeitig oder als potenzieller Nachfolger?
Alexander Huschauer: Als Nachfolger, genau.
Tim Pritlove: Warum lässt sich das nicht gleichzeitig machen?
Alexander Huschauer: Weil dann auch die Kette, die dahinter steht, komplett andere Anforderungen
Alexander Huschauer: wieder hat. Wir müssen Elektronen, wir müssen Positronen zur Verfügung stellen.
Alexander Huschauer: Es sind auch die Zeitspannen, um wirklich all die Technologien,
Alexander Huschauer: die Magnetfelder und so einmal technologisch herstellen zu können für so einen
Alexander Huschauer: weiteren Protonen-Protonen-Kollider.
Alexander Huschauer: Das ist auch noch in weiterer Zukunft. Das heißt, Machbarkeit ist auch eine
Alexander Huschauer: andere Sache, da muss noch viel Forschung und Entwicklung hineingehen,
Alexander Huschauer: bis man technisch diese ganzen verschiedenen Bauteile einfach wirklich herstellen kann.
Alexander Huschauer: Deswegen sind das auch nicht die gleichen Zeitspannen.
Tim Pritlove: Also 27 Kilometer ist ja schon eine ganze Menge Holz.
Tim Pritlove: Im Prinzip was du ja sagst, du bist halt so Ingenieur und deine Maschine ist 27 Kilometer lang.
Tim Pritlove: Das ist schon ein Autobahntunnel, der nur ein paar Kilometer lang ist,
Tim Pritlove: wirft schon größere Wartungsfragen und Kontrollfragen auf sich,
Tim Pritlove: aber allein den Arbeitsplatz mal abzugehen, mit dem Fahrrad ist man ja schon
Tim Pritlove: den ganzen Tag unterwegs.
Alexander Huschauer: Ja auf jeden Fall. Die Fahrräder gibt es im Tunnel damit man sich fortbewegen kann.
Tim Pritlove: Wie fährt man denn hin an so einen Ort des Geschehens? Ist halt irgendein Magnet am schwächeln.
Tim Pritlove: Steigt man hier in den Tunnel und fährt da 10 Kilometer hin, macht man nichts?
Alexander Huschauer: Man steigt hier ins Auto, fährt hin zu einem der Access Points.
Tim Pritlove: Und wie viel gibt es davon?
Alexander Huschauer: Am ELC gibt es so acht Access Points, die verteilt sind.
Alexander Huschauer: Einerseits bei den verschiedenen Experimenten, aber dann für die Hochfrequenz-Kavitäten zum Beispiel,
Alexander Huschauer: dann gibt es Kollimationssysteme, die dafür sorgen,
Alexander Huschauer: dass die Teilchen, die bei hoher Amplitude,
Alexander Huschauer: also hoher transversaler Position,
Alexander Huschauer: hoher horizontaler oder vertikaler Position, dass die quasi geschluckt werden
Alexander Huschauer: von diesem Kollimatorsystem,
Alexander Huschauer: bevor sie von den Magneten geschluckt werden würden,
Alexander Huschauer: weil wenn wir Teile im Magneten verlieren,
Alexander Huschauer: kann es dazu führen, dass dieses flüssige Helium sich erwärmt oder dass die
Alexander Huschauer: Spule dieser Supraleiter nicht mehr supraleitend ist,
Alexander Huschauer: weil er eine lokale Erwärmung hat, das ist dann ein so genannter Quench,
Alexander Huschauer: dann geht dieser Magnet dann von einem supraleitenden in einen normalleitenden
Alexander Huschauer: Zustand über und das möchte man einfach vermeiden während des Betriebs,
Alexander Huschauer: weil das dauert dann acht bis zwölf Stunden bis man wieder recoveren kann und
Alexander Huschauer: das ist natürlich Maschinenzeit, die dann verloren geht.
Alexander Huschauer: Und deswegen möchte man, bevor man solche Teilchen in den Magneten verliert,
Alexander Huschauer: möchte man sie lokalisiert in sogenannten Kollimatoren.
Alexander Huschauer: Das sind im Prinzip Metallblöcke, die möglichst nah am Strahl positioniert sind,
Alexander Huschauer: aber nicht zu nah, um den Hauptstrahl zu absorbieren,
Alexander Huschauer: aber eben Teilchen, die dann aufgrund der Kollisionen wird der Strahle auch
Alexander Huschauer: immer größer und größer,
Alexander Huschauer: dann kann es passieren, dass eben Strahlteilchen zu höherer Amplitude kommen
Alexander Huschauer: und die werden dann von diesen Metall-Kollimatoren absorbiert,
Alexander Huschauer: bevor sie den Magneten treffen würden.
Tim Pritlove: So ein Absicherungssystem. Aber bist du schon mal rumgefahren?
Alexander Huschauer: Rumgefahren noch nie.
Tim Pritlove: Ist auch ein bisschen langweilig.
Alexander Huschauer: Geht auch gar nicht, weil du hast dann diese Interaktionspunkte,
Alexander Huschauer: da ist dann wirklich die Maschine, der Beschleuniger ist getrennt von dem Experiment,
Alexander Huschauer: das dahinter in dieser großen Halle steht.
Alexander Huschauer: Da könntest du jetzt auch nicht weiterfahren.
Tim Pritlove: Okay, es ist eh segmentiert.
Alexander Huschauer: Ja, es gibt verschiedene Sektoren, nennt man das im LHC zum Beispiel.
Tim Pritlove: Okay, da ist man auf jeden Fall ganz gut unterwegs. Aber es ist auf jeden Fall
Tim Pritlove: ein Maschinenpark, der sich sehen lassen kann und es ist die größte Maschine der Welt, oder?
Alexander Huschauer: Absolut, es ist die größte Maschine der Welt, der LHC. Der Beschleunigerkomplex
Alexander Huschauer: ist der größte Beschleunigerkomplex der Welt.
Alexander Huschauer: Also wir haben hier schon einiges an Potenzial zu bieten, das dann natürlich
Alexander Huschauer: auch sehr ansprechend ist für verschiedenste Institute, Universitäten dergleichen
Alexander Huschauer: aus aller Welt, die dann hierher kommen, um ihre Experimente durchzuführen.
Tim Pritlove: Vielleicht zum Schluss nochmal so ein Blick in den Rest der Welt.
Tim Pritlove: Das ist ja aber nicht das einzige Synchrotron.
Tim Pritlove: Es gibt ja auch Beschleunigerringe an anderen Standorten.
Tim Pritlove: Was sind denn so die nächstgrößten Systeme und gibt es irgendeinen der auch
Tim Pritlove: nochmal ein ganz anderes Prinzip verfolgt oder andere technologische Ausrichtungen
Tim Pritlove: hat in irgendeiner Form?
Alexander Huschauer: Also es gibt natürlich ein paar Laboratorien, die sich wirklich mit Grundlagenphysik beschäftigen.
Alexander Huschauer: Aber die Teilchenbeschleunigung oder die Anwendung der Teilchenbeschleuniger
Alexander Huschauer: in der Grundlagenphysik macht nur
Alexander Huschauer: ungefähr 4-5 Prozent der Anwendung der Teilchenbeschleuniger weltweit aus.
Alexander Huschauer: Natürlich gibt es einige größere Maschinen. Es gab zum Beispiel das Tevatron
Alexander Huschauer: Fermilab, die haben genauso Protonen-Antiprotonen-Kollisionen gemacht in der Nähe von Chicago.
Alexander Huschauer: Es gibt das Brookhaven National Lab in der Nähe von New York.
Alexander Huschauer: Dort gibt es den Relativistic Heavy Ion Collider.
Alexander Huschauer: Es gibt dann eben einerseits diese RIG, der Gold beschleunigen kann,
Alexander Huschauer: wie er auch die Bleionen beschleunigen kann und können, um dann so ein Quark-Gluon-Plasma
Alexander Huschauer: herzustellen, wie es zum Beispiel in dem Alice-Detektor vor allem untersucht wird.
Alexander Huschauer: Also um so eine Suppe von Teilchen im Prinzip zu erzeugen, die.
Alexander Huschauer: Wo jetzt keine Atomkerne mehr gebunden sind, wo alle Teilchen frei herum existieren
Alexander Huschauer: und diesen Status knapp nach dem Urknall im Prinzip zu reproduzieren.
Alexander Huschauer: Und das kann man am RIG untersuchen, das kann man am LAC untersuchen mit Blei.
Alexander Huschauer: Dann gibt es Programme in China zum Beispiel, um auch größere Beschleuniger
Alexander Huschauer: zu bauen, die existieren aber noch nicht. Das ist ein bisschen so vielleicht
Alexander Huschauer: ein Konkurrenzprogramm.
Alexander Huschauer: Es gab früher, am CERN gab es auch der SPS, der war früher mal ein Protonen-Antiprotonen-Kollider.
Alexander Huschauer: Der ist dann umgebaut worden, der hat begonnen als SPS, als Protonenmaschine,
Alexander Huschauer: wurde dann umgebaut in eine Protonen-Antiprotonen-Maschine und später wieder
Alexander Huschauer: zurückgebaut in eine reine Protonenmaschine.
Alexander Huschauer: Und dann gibt es halt extrem viele Anwendungen in Medizin,
Alexander Huschauer: in Industrie, von wesentlich kleineren Anlagen,
Alexander Huschauer: die Energien sind dann nicht mehr vergleichbar, aber gerade in Krankenhäusern,
Alexander Huschauer: wo man Radioisotope herstellt, um die dann für Bildgebung zu verwenden,
Alexander Huschauer: Positronenemissionstomographie, wo man etwas injiziert bekommt in den Körper,
Alexander Huschauer: das sich dann zum Beispiel an Tumorzellen anlagern kann, erzeugt dann Photonen,
Alexander Huschauer: die gemessen werden von Detektoren.
Alexander Huschauer: Diese Stoffe muss man irgendwo erzeugen, dann muss man sie in den Körper bringen.
Alexander Huschauer: Und dann gibt es natürlich auch Strahlentherapie, kann passieren mit Elektronen
Alexander Huschauer: und dann Gamma-Strahlen,
Alexander Huschauer: die erzeugt werden, es gibt Protonen oder Kohlenstoff-Ionen-Zentren,
Alexander Huschauer: die wirklich dazu dienen, dass jetzt Krebstumore behandelt werden.
Alexander Huschauer: Und je nachdem, ob man jetzt Elektronen verwendet zum Beispiel,
Alexander Huschauer: wenn man oberflächennahe Tumore hat, kann man relativ gut Elektronen verwenden,
Alexander Huschauer: weil die einen Großteil ihrer Energie nahe der Oberfläche, nahe der Haut nach
Alexander Huschauer: dem Eindringen in den Körper verlieren.
Alexander Huschauer: Andererseits dann, wenn man einen Tumor hat, der an kritischen Stellen sitzt,
Alexander Huschauer: jetzt zum Beispiel neben dem Herz, hinter dem Aug, im Gehirn irgendwo,
Alexander Huschauer: dann möchte man nicht unbedingt den Großteil der Energie beim Eintritt in den
Alexander Huschauer: Körper verlieren und dann weniger Energie am Schluss überhaben.
Alexander Huschauer: Da verwendet man Protonen und Kohlenstoff zum Beispiel, weil man mit denen dezidiert
Alexander Huschauer: einstellen kann, wo soll die Energie verloren werden und somit kann man wirklich
Alexander Huschauer: so einen Tumor scannen aus verschiedensten Richtungen und diese Tumorzellen
Alexander Huschauer: dann mit so einem Synchrotron zerstören.
Alexander Huschauer: Das heißt, das braucht dann aber für so Protonen- oder Kohlenstoffionentherapie
Alexander Huschauer: braucht es wirklich ein eigenes Beschleunigerzentrum mit eigenem LINAC,
Alexander Huschauer: Quelle LINAC, Synchrotron, verschiedenste Behandlungsräume, Transferlinien,
Alexander Huschauer: während so Elektronenbeschleuniger dann vielleicht so drei, vier,
Alexander Huschauer: fünf Meter Platz brauchen und dann wesentlich besser in ein Krankenhaus hineinpassen zum Beispiel.
Alexander Huschauer: Und dann gibt es das noch in der Industrie, dass man sterilisiert zum Beispiel,
Alexander Huschauer: Bakterien abtötet, dass man biologische Experimente versucht,
Alexander Huschauer: dass man in der Halbleiterindustrie die die Oberflächenbeschaffenheiten verändert,
Alexander Huschauer: indem man Ionen mit Beschleunigern einbringt in verschiedene Elemente.
Alexander Huschauer: Also es gibt wirklich eine riesige Bandbreite an Anwendungen von Beschleunigern,
Alexander Huschauer: die über die Grundlagenforschung hinaus geht.
Tim Pritlove: Okay, also wenn man sich da ein bisschen auskennt, gibt es genug Betätigungsfelder
Tim Pritlove: auf jeden Fall. Aber am CERN scheint ja noch genug abzusehen zu sein,
Tim Pritlove: dass hier noch genug Ingenieursbedarf ist auf absehbare Zeit.
Tim Pritlove: Ja, Alexander, dann würde ich sagen, haben wir es erstmal oder haben wir noch
Tim Pritlove: irgendwas ganz Wichtiges vergessen, was du noch allen mit auf den Weg geben willst?
Alexander Huschauer: Naja, vielleicht so.
Alexander Huschauer: Abschluss können wir noch ein bisschen die Verbindung zum Kosmos wiederum machen
Alexander Huschauer: mit einem der Experimente, das wir auch hier haben, nämlich Cloud.
Alexander Huschauer: Jenes Experiment, das untersucht, wie Wolken formiert werden,
Alexander Huschauer: wie verschiedenste kleine Teilchen, wie Aerosole am Himmel,
Alexander Huschauer: in den verschiedenen Atmosphären, Ebenen zu dieser Wolkenbildung beitragen und
Alexander Huschauer: vor allem wie der Einfluss von kosmischen Strahlen auf diese Wolkenproduktion ist.
Alexander Huschauer: Da haben wir eine sogenannte Cloud Chamber, das ist im Prinzip eine große Stainless-Steel-Chamber,
Alexander Huschauer: die extrem gute Oberflächeneigenschaften aufweist.
Alexander Huschauer: Innerhalb dieser Kammer werden dann verschiedene Gase eingelassen,
Alexander Huschauer: verschiedene Aerosole zugefügt.
Tim Pritlove: Was heißt denn extrem gute Oberflächenbeschärfung? Also gut in welcher Hinsicht? Glatt?
Alexander Huschauer: Genau, damit sich dort eben an den Wänden keine Elemente anhaften können,
Alexander Huschauer: sondern dass die wirklich in diesem Volumen der Kammer dann existieren und zu
Alexander Huschauer: der Wolkenbildung beitragen.
Alexander Huschauer: Und dann kann man einerseits untersuchen, wie so Aerosole in der Luft auch als
Alexander Huschauer: Keime für Wolken dienen dienen und wie die physikalischen Modelle,
Alexander Huschauer: übereinstimmen mit diesen Experimenten und andererseits kann man dann von dem
Alexander Huschauer: PS einen Strahl von Protonen auf wiederum so ein Target schicken,
Alexander Huschauer: Sekundärteilchen erzeugen, die dann durch diese Kammer hindurch gehen und sich
Alexander Huschauer: anschauen, wie diese quasi nachgebildeten kosmischen Strahlen die Wolkenbildung beeinflussen.
Tim Pritlove: Tun sie denn?
Alexander Huschauer: Sie tun auf jeden Fall zu einer gewissen Art und Weise.
Alexander Huschauer: Man kann nämlich solche durch Kollisionen, wenn diese Teilchen kollidieren mit
Alexander Huschauer: den Molekülen, dann werden andere Teilchen erzeugt, andere Aerosole,
Alexander Huschauer: die dann wiederum ein Keim sein können für weitere Wolkenbildung und so.
Alexander Huschauer: Was die Frage ist jetzt natürlich auch im Hinblick auf Klimawandel,
Alexander Huschauer: inwiefern sind diese Wolken ausschlaggebend für den Klimawandel,
Alexander Huschauer: wie gut passen unsere Modelle, wie gut können wir das vorhersagen,
Alexander Huschauer: weil das eine große Unsicherheit ist, um die Zukunft auch vorauszusagen.
Alexander Huschauer: Und deswegen gibt dieses Experiment auf jeden Fall gute, sage ich mal,
Alexander Huschauer: grundlegende Einblicke, wie die Physik dahinter funktioniert und wie wir unsere
Alexander Huschauer: Modelle verbessern können, um
Alexander Huschauer: in Zukunft einfach immer besser und bessere Vorhersagen machen zu können.
Tim Pritlove: Wahnsinn, unglaublich praktisch so ein Beschleuniger. Ich finde,
Tim Pritlove: jeder sollte einen haben. Vielleicht gibt es ja demnächst auch im Supermarkt.
Tim Pritlove: Alexander, Vielen vielen Dank für die Ausführung, das war sehr aufschlussreich und spannend.
Alexander Huschauer: Dankeschön, hat mich gefreut beim Gespräch, danke dir.
Tim Pritlove: Ja und ich bedanke mich auch wieder fürs Zuhören hier bei Raumzeit.
Tim Pritlove: Bald geht es weiter hier im Programm mit dem CERN und noch so einiges auf euch zu. Tschüss, bis bald!