21.02.2024: Raumzeit Live auf der Bühne mit Ulf Merbold im Zeiss-Großplanetarium in Berlin

Nach langer, langer Zeit kehrt Raumzeit wieder zurück auf die Bühne und das wieder im Kuppelsaal des Zeiss-Großplanetarium in Berlin. Und da möchte ich natürlich nicht alleine herumsitzen sondern lade alle Hörerinnen und Hörer ein, an dem Abend teilzunehmen.

Das ganze findet am Mittwoch, den 21. Februar 2024 um 20 Uhr statt. Die Tickets für die Veranstaltung sind jetzt verfügbar. Sie sind allerdings auch sehr begrenzt, da die Kuppel nur ca. 300 Personen fasst. Der Eintritt beträgt 9,50 EUR (ermäßigt 7,50 EUR).

An dem Abend werde ich mich wie immer mit einem erfahrenen Gesprächspartner aus der Raumfahrt und/oder Wissenschaft unterhalten. In diesem Fall ist es kein geringerer als der ehemalige deutsche Astronaut und Leiter des Europäischen Astronautenzentrums Ulf Merbold.

Wir werden im Gespräch in die Frühzeit der Europäischen Raumfahrt eintauchen. Ein Thema, dass in den letzten Folgen von Raumzeit schon häufiger angeschnitten wurde aber hier aus einer sehr persönlichen Perspektive besprochen werden soll. Eine Reise in die Zeit der Space Shuttles, des SpaceLab und der Raumstation Mir.

Das Gespräch wird auf der Kuppel vom Team des Planetariums mit Visualisierungen begleitet und in den bequemen Sitzen des Planetariums wird Euch der Podcast wohl noch nie so nahe gekommen sein wie dort 🙂

Ich freue mich sehr auf Euch. Vor und nach der Veranstaltung gibt es sicherlich auch noch Möglichkeit eines kurzen Kennenlernens. Wenn ihr möchtet kommt entsprechend früher vorbei.

RZ118 Raumfahrt-Industrie

Die Rolle der Raumfahrt-Industrie beim Bau und Betrieb von Raumfahrzeugen

Firmen wie OHB in Bremen übernehmen in der Raumfahrt eine kritische Rolle. Als Partner der Wissenschaft und Raumfahrtagenturen begleiten sie die Planung und übernehmen den Bau der Raumfahrzeuge und Nutzlasten. Die von ihnen mit entwickelte Technik erlaubt dabei, die Satelliten immer moderner werden zu lassen und zunehmend kostengünstiger zu betreiben.

Aber nicht nur das Zustandekommen von Missionen steht im Fokus dieser Unternehmen. Immer wichtiger wird die Planung des Missionsendes, der Rückführung, Entsorgung und ggf. auch die Verlängerung von Missionen nehmen immer breiteren Raum ein. Die Problematik der Weltraumschrotts stellt die Raumfahrt vor neue Herausforderungen, die künftig mit neuen Lösungen für Planung, Reparatur oder Rettung von Missionen beantwortet werden müssen.

Dauer:
Aufnahme:

Charlotte Bewick
Charlotte Bewick

Wir sprechen mit Charlotte Bewick, Abteilungsleiterin für wissenschaftliche Missionen bei OHB in Bremen. OHB ist einer der Unternehmen, die in Europa Raumfahrzeugbau betreiben. Wir sprechen über die Aufgaben der Industrie bei der Planung von Missionen, über Fokus und Kommunikation und Organisation der eigenen Arbeit und auch über die spezielle Herausforderung der Weltraummüll-Problematik. Charlotte Bewick ist auch Gründerin des OHB-Weltraumschrott-Kompetenzzentrums und macht sich viel Gedanken darüber, wie Raumfahrt künftig technisch und rechtlich gestaltet werden muss, um die Raumfahrt auch in den nächsten Jahrzehnten noch sicher und bezahlbar zu halten.


Für diese Episode von Raumzeit liegt auch ein vollständiges Transkript mit Zeitmarken und Sprecheridentifikation vor.

Bitte beachten: das Transkript wurde automatisiert erzeugt und wurde nicht nachträglich gegengelesen oder korrigiert. Dieser Prozess ist nicht sonderlich genau und das Ergebnis enthält daher mit Sicherheit eine Reihe von Fehlern. Im Zweifel gilt immer das in der Sendung aufgezeichnete gesprochene Wort. Formate: HTML, WEBVTT.


Transkript
Tim Pritlove
Hallo und herzlich willkommen zu Raumzeit, dem Podcast über Raumfahrt und andere.Kosmische Angelegenheiten.Ich begrüße alle hier zur 118. Ausgabe von Raumzeit und heute bin ich mal wiederauf Reisen gegangen und habe mich nach Bremen begeben, Um ja mal ein Thema auf die Liste zu holen,was so ein bisschen noch am Seitenrand stand die ganze Zeit.Konkret soll es nämlich heute gehen um die Einbindung der Industrie in die Raumfahrt.Da wo also die Maschinen nicht nur gestaltet, sondern eben auch konkret gebaut werden.Ja und da begrüße ich erstmal meine Gesprächspartnerin für heute, Charlotte Burg.
Charlotte Bewick
Hi.
Tim Pritlove
Hallo Charlotte, wunderbar. Wir sind in Bremen und zwar ganz konkret sind wirhier bei OHB, ein Name, den man in der Raumfahrt kennt.Sicherlich kein Unternehmen, was so eine deutschlandweite Resonanz hat,aber natürlich in der Raumfahrt bekannt ist wie ein bunter Hund.Ursprünglich hieß das mal Otto Hydraulik Bremen GmbH.
Charlotte Bewick
Das stimmt. Und dann hieß es mal orbitale Hochtechnologie Bremen und mittlerweilehaben wir nur noch die Buchstaben, glaube ich, OHB ohne Bedeutung.Ja, genau. Ja, ich glaube in der Raumfahrt sind wir sehr bekannt.Wir sind drittgrößte Satellitenbauunternehmen in Europa.Aber ich glaube auch in Bremen kennt man uns sehr gut, sehr wohl.
Tim Pritlove
Kann ich mir vorstellen.
Charlotte Bewick
Wir haben viele Mitarbeiter hier, aber sonst haben wir nicht so die Prominenzwie jetzt Airbus oder so, wo man ja auch die Flugzeuge vor allem kennt.Das machen wir nämlich nicht. Wir machen reine Raumfahrt.
Tim Pritlove
Aber klein ist der Standort ja nicht. Also wenn ich das richtig sehe,sind das so knapp 3000 Mitarbeiter.Das ist ja schon ein etwas größerer mittelständischer Betrieb kann man sagen.
Charlotte Bewick
Absolut. Wir sind auch stark gewachsen. Ich bin seit zehn Jahren in der Firmaund als ich hierher kam, waren es ein paar hundert.Genau wie viele weiß ich nicht mehr, aber wir sind stark gewachsen in den letzten zehn Jahren.
Tim Pritlove
Also wir haben ja hier so einen Standort, ich glaube, auch in der Nähe der Universitätin Bremen und auch in der Nähe von anderen wichtigen Raumfahrtnahen, Instituten,wissenschaftlichen Organisationen, der Fallturm ist glaube ich nicht weit.Das war ja sicherlich eine bewusste Entscheidung, sich hier einzubetten.
Charlotte Bewick
Ja, das war vor meiner Zeit, aber ich finde es passt sehr gut.Wir sind ein Unternehmen, wir sind stark an Forschung, Entwicklung,Wissenschaft dran und darum hier oben im Technologiepark in der Nähe der Uni,in der Nähe vom DLR und Zahm hattest du ja auch eben angesprochen,das ist ein super Standort.
Tim Pritlove
So, stellt sich natürlich erstmal die Frage, was hat dich denn hier hingeführt?Du bist ja, glaube ich, Luft - und Raumfahrttechnikerin, wenn ich das richtigsehe. So eine Ausbildung, die hast du wo gemacht?
Charlotte Bewick
Ich habe in Berlin studiert, an der TU Berlin habe ich Luft - und Raumfahrttechnikstudiert, habe dann einen Master in Space Engineering and Astronautics gemacht in England,in Cranfield University und danach habe ich einen PhD gemacht in Glasgow ander Strathclyde University und mein Fokus da war, nennt er sich,Habe ich vergessen? Nein. Quatsch. Space Mission Applications of High Area toMass Ratio Orbital Dynamics.
Tim Pritlove
Wow, that's a mouthful.
Charlotte Bewick
Ja.Heißt? Also es geht um Körper mit einem großen Oberfläche -zu -Masse -Verhältnis,die im Weltraum, also im Orbit sich befinden.Und dadurch, dass die Oberfläche so groß ist, erfahren sie überproportionalviel Oberflächenkräfte, wie zum Beispiel Sonnendruck, ganz genau,Solardruck, aber halt auch Drag zum Beispiel.Und wir hatten geschaut, was passiert mit diesen Objekten, wie verhalten die sich?Und dann haben wir oder habe ich Anwendungen definiert. Und eine Anwendung,die da rauskam, war, dass man auch aus sehr hohen zirkulären Orbits mithilfedes Solardrucks passiv den Wiedereintritt forcieren kann,wenn man seine Oberfläche gezielt zu einem bestimmten Zeitpunkt ändert.Sprich, man hat zum Beispiel einen Ballon dabei, den man zu einem gewissen Zeitpunkt,genauen Zeitpunkt, bevor er berechnet ist, aufbläst.Und dann sorgt der Solardruck dafür, dass das Perigeum des Orbits,also das ist der Punkt, der der Erde am nächsten ist, immer näher zur Erdoberflächekommt, weil der Orbit insgesamt elliptischer wird.Und dann, wenn der dann niedrig genug ist, dann hat er dort so viel Luftwiderstand,dass der ganze Satellit wieder eintritt.Da bin ich auch in diese Weltraumschrott -Thematik reingegangen.Jedenfalls mein Fokus war eben Orbitaldynamik, war sehr mathematisch orientiert.Und dann habe ich, nachdem ich mein PhD abgeschlossen hatte oder ich habe nochmeine, meine Arbeit war noch nicht geschrieben, aber meine Forschung war zu Ende,da habe ich mich umgeschaut nach möglichen Stellen und habe hier eine ganz ansprechendeStelle gefunden bei ORB, nämlich Systemingenieurin in der Vorentwicklung.Und und hab mich beworben und hab die Stelle bekommen. Das ist jetzt über zehnJahre her und seitdem bin ich hier bei OHB in Bremen in der Vorentwicklung undmittlerweile, also von Systemingenieurin, leitende Systemingenieurin,bin ich mittlerweile Abteilungsleiterin und Projektmanagerin.
Tim Pritlove
Für welche Abteilung genau?
Charlotte Bewick
Wissenschaftsmissionen.
Tim Pritlove
Wissenschaftsmissionen, was ein Schwerpunkt ist bei OHB, kann man sagen.Okay, spannend. Also das deutet ja auch schon ein anderes Thema an,auf das wir sicherlich noch mal eingehen, aber so dieser Wiedereintritt,das ist natürlich ein heißes Thema seit einigen Jahren in der Raumfahrt,weil das halt einfach mal mit eingepreist werden muss.Dass es im Prinzip ja auch ein Memorandum of Understanding gibt.Von Gesetzen kann man ja nicht wirklich sprechen, sozusagen das ist das Ziel,möglichst wenig Schrott zu hinterlassen, weil wir haben halt schon genug imAll wie auf der Erde und da gibt es ja einige Jahre nachzuarbeiten,wo der Fokus nicht so sehr darauf lag, wie man den Ort wieder verlässt und vorallem nicht so verlassen hat, wie man ihn vorzufinden wünscht.
Charlotte Bewick
Absolut, das ist ein wichtiger Punkt, genau.
Tim Pritlove
Aber deine Technik war so ein bisschen das rausfinden, weil man den Regenschirmim richtigen Moment aufspannt, um ein bisschen sich abzubremsen.
Charlotte Bewick
Ja, das war total spannend, weil ich hatte vorher viele Paper gelesen,natürlich ein Literature Review gemacht und so weiter und ich bin halt immerwieder darauf gestoßen,den Luftwiderstand zu nutzen, aber das geht nur bis maximal 800 Kilometer,weil danach wird es zu wenig Luftwiderstand, keine Restatmosphäre und dann mussman sich anders behelfen.Und dann in meinen Simulationen habe ich dann gesehen, das geht ja,man kann ja viel höher noch die Oberfläche nutzen, eben durch den Solardruckund also 3000 Kilometer zum Beispiel gab es eine Zone, in der es möglichst effektivist, 6000 Kilometer in dem Bereich.Und dann war das für mich eine totale Überraschung, dass das vorher noch nichtso richtig aufgetaucht ist und genutzt wurde.
Tim Pritlove
Das würde mich mal interessieren.Wenn ich jetzt richtig zurückrechne, diese Studienzeit muss ungefähr so 2010 herum so gewesen sein.Bist ja jetzt mal ein etwas modernerer Student im Vergleich zu vielen altenHasen, die ich hier schon interviewt habe.Kannst du uns mal so ein bisschen Einblick geben, weil ich finde es immer herausfordernd,gerade wenn man in so einem wissenschaftlichen, technisch -wissenschaftlichenBereich unterwegs ist, sich einen Überblick zu verschaffen.Ich meine, auf der einen Seite muss man sich erstmal die ganze Mathematik unddas Basiswissen und so weiter natürlich auf jeden Fall ranholen,aber man will ja in gewisser Hinsicht auch auf dem Stand der Dinge sein unddie akkumulieren sich natürlich über die Jahre.Das Wissen wird ja nicht komplett verworfen, sondern es kommt halt immer wiederwas dazu. Wie hast du da den Weg gefunden, wirklich festzustellen, da fehlt was?Also hast du irgendwie moderne Recherchemethoden verwendet, zum Beispiel,um irgendwie Paper im großen Stil abzugrasen oder muss man einfach nur viellesen oder sich für intuitiv an das Richtige heranrobben?Hast du da irgendwie einen Pfad, den man empfehlen kann?
Charlotte Bewick
Also erst mal habe ich mich auf diese freie Forschungsstelle beworben,die war aber vom Ziel her schon definiert, also es ging eben um High Area -to-Mass -Ratio Orbital Dynamics.Mein Professor, das war Professor Colin McInnes, kennt sich sehr gut in demBereich aus und der wusste eben, da gibt es noch freie Stellen,Sachen, unbeantwortete Fragen anzuschauen.Das heißt, so ganz ist das natürlich nicht nur auf meinem Mist gewachsen.Und als ich dann dort angefangen habe, war ich erst mal sehr breit aufgestellt.Ich habe gesagt, okay, jetzt erst mal simuliere ich, was passiert überhauptbei dem Oberflächensache. Das ist was, was viele Leute vor mir auch schon gemacht haben.Und dann immer, wenn ich an eine Stelle gekommen bin, wo ich es interessantfand oder so, habe ich immer gesucht nach Papern, die...Sich auch dem widmen und dann dort wirklich ganz klassisch über die Referenzlisteauf andere Papers gestoßen und so weiter und so weiter.Und dann, als die ersten Ergebnisse da waren, das war schon innerhalb von einemJahr, bin ich dann auf Konferenzen gegangen.Und da habe ich meine Arbeit vorgestellt und auch dort wurde ich dann wiedervon Leuten angesprochen, die gesagt haben, hast du mal die Arbeit von das unddas und das und dem und dem angeschaut.Das ist doch ähnlich, da gibt es doch Schnittstellen und so ist das passiert.Also es gab keine sehr modernen Methoden.Ich glaube, das sind die Methoden, die schon vor 100 Jahren in der Wissenschaft so verwendet wurden.
Tim Pritlove
Okay, also funktioniert noch und hat sozusagen auch noch seine Berechtigung.Das ist auch gut zu wissen.Ja, auf jeden Fall.Ja, dann schauen wir doch mal, was OHB jetzt hier eigentlich macht.Also wenn man jetzt so Missionen vorstellt, und ich habe ja hier viele Missionenschon vorgestellt, Sowohl die wissenschaftlichen Aspekte, vielleicht mal mitmehr Fokus auf die Instrumente,aber natürlich dann auch die eigentliche Missionssteuerung, Launch,all diese ganzen Aspekte, da kommt ja eine Menge dazu.Haben wir meistens immer so ein Segment, wo wir kurz darüber sprechen,so okay, warum gibt's denn das überhaupt?So ja, da hat die ESA dann irgendwann mal beschlossen und dann haben wir das halt gebaut.Und das fasst ja eigentlich eine ganze Menge zusammen, weil da gehört ja dannerstmal das Spüren der Notwendigkeit für ein bestimmtes Thema auf der einen Seite,wissenschaftlicher Unterbau, der hier irgendwie gegeben sein muss,dann eine entsprechende Diskussion bis hin zu Machbarkeitsstudien,was ist denn jetzt hier sozusagen überhaupt zu machen.Jetzt seid ihr ja hier, ein Teil davon.Wie schlagen solche Themen bei euch auf?Also ab wann ist überhaupt OHB an so etwas beteiligt?Kannst du uns vielleicht mal erstmal so einen groben Ablauf geben,wie so eine Mission insgesamt vom Zeitrahmen abläuft?
Charlotte Bewick
Ja klar. Also ganz allgemein bei Raumfahrtmissionen unterscheidet man ja zwischenden verschiedenen Phasen, die fast alle Buchstaben haben, außer eine Zahl.Das ist Phase 0 und dann A, B, C, D, E.Wir sind hier in der Vorentwicklung normalerweise für die Phasen 0, A und B1 zuständig.Phase 0 ist eine Art Vorstudie, wo man wirklich ganz grob die Konzepte für eineIdee generiert. Phase A ist die Machbarkeitsstudie, wo man am Ende mit einemMissionskonzept rauskommt.Und Phase B1 ist die erste Detailausarbeitung, wo man am Ende den sogenanntenPreliminary Requirements Review hat.Und da werden die Anforderungen an die Mission nochmal durchleuchtet und eswird entschieden, mit welchen Anforderungen geht man jetzt in die richtige Detailarbeit. Das heißt...Die Anforderungen kommen ja immer von irgendwoher. Die Anforderungen kommenin der Wissenschaftsmission von den Wissenschaftlern.Die Wissenschaftler identifizieren, sie möchten irgendetwas untersuchen undsagen dann, wir brauchen dafür Daten in dem und dem Spektralwand oder mit derund der Frequenz und der Genauigkeit und so weiter.Also richtige Datenanforderungen erstmal nur an das, was wir das Science Productnennen und das Wissenschaftsprodukt.
Tim Pritlove
Also meistens die Instrumente, die dann sozusagen auf dem Satelliten installiert sind.
Charlotte Bewick
Genau, aber man kann sagen Anforderungen an das Gesamtsystem Satellit,aber dann würde man aus diesen Anforderungen an das Datenprodukt,würde man als erstes Anforderungen an das Instrument ableiten können und wennman dann weiß, wie das Instrument aussieht, dann weiß man, was man dafür füreinen Satelliten braucht, damit man das fliegen kann.Aber diese Schritte, also die Wissenschaftler selber, haben meistens gar nichtdie Möglichkeit, das abschätzen zu können, was bedeutet das für den Satelliten,wie schwer wird der, wie teuer wird der vor allem.Und da unterstützen wir. Und das machen wir in dem ersten Schritt meistens pro bono.Also wir sind dann mit Wissenschaftlern im Gespräch und sagen, wir helfen euch, eure,Wissenschaftsanforderungen runterzubrechen und daraus ein erstes ganz grobesSystemdesign zu machen. Und das könnt ihr dann benutzen, um gegenüber ESA,das ist meistens ESA, einen Science -Vorschlag einzureichen,also einen Missionsvorschlag.Und dann, wenn wir das machen, weil sowas springt für uns dabei raus,wir haben dann schon sehr früh Einblicke in kommende Missionen.Und das ist also was, was wir total gerne auch machen und es macht auch Spaß.
Tim Pritlove
Man ist im Gespräch, man zeigt auch, was man drauf hat.
Charlotte Bewick
Das auch, genau. Und wir haben dann gute Connections zu den Wissenschaftlern irgendwo.
Tim Pritlove
Letztendlich, wenn man erstmal… Ich glaube, das würde auch mit einer finanziellenBasis überhaupt nicht funktionieren, weil wo soll die Wissenschaftler das in der Phase hernehmen?
Charlotte Bewick
Ganz genau. Und aber jetzt auch nochmal persönlich gesprochen,macht auch einfach wahnsinnig Spaß, weil man dann auch sehr,sehr frei ist in der Konzeptionierung.Man hat noch gar keine Design -Requirements. Design Requirements sind die,die dann später kommen, die das spezielle Design irgendwie festlegen,wo man dann eingeengt wird in seiner Wahl.Und da sind wir noch ganz frei und das macht besonders viel Spaß.
Tim Pritlove
Klar, da kann man richtig rumspinnen.
Charlotte Bewick
Ja, so ist es wirklich.
Tim Pritlove
Was wäre wenn?
Charlotte Bewick
Ja, und das ist echt richtig cool. Und dann müssen wir natürlich ein bisschengucken, passt das in den Budgetrahmen rein, der jetzt angedacht ist und versuchenauch den Wissenschaftlern zu helfen, diesen einzuhalten, wenn es nicht geht.Also wenn wir merken, okay, das wird viel zu schwer, viel zu teuer oder sowas,dann sagen wir, okay, was wäre, wenn wir stattdessen das und das und das machen?Und am Ende wollen wir halt was haben, was auch Hand und Fuß hat.Und das reichen dann die Wissenschaftler bei der ESA ein.Und dann ist eigentlich unser direkter Kontakt zu den Wissenschaftlern erstmal vorbei. Dann läuft das in der ESA.Die nehmen diese verschiedenen Missionsvorschläge und suchen dann,evaluieren die und suchen dann welche aus. Also ganz konkret läuft jetzt gerade zum Beispiel der M7.M7 ist eigentlich die siebte Science -M -Class -Mission, also mittlere Mission mittlerer Größe.M6 wurde aber ausgelassen, also es ist eigentlich die sechste.Es gab aber M1, M2, M3, M4 und M5.
Tim Pritlove
Also M7, da sind wir gerade… Was waren das für Missionen, um mal einen Vergleichzu haben, was Mittel ist?
Charlotte Bewick
Ja, also Solar Orbiter ist eine. Dann haben wir Plato bei uns,wird gerade gebaut bei OHB, das ist eine Exoplaneten -Finde -Mission.Dann Ariel zum Beispiel ist auch so eine astronomische Mission.Und genau bei, jetzt Envision ist der Kandidat für M5, das ist eine Missionzur Venus, eine Radar -Mission zur Venus.Und jetzt M7 sind wir im Moment noch bei fünf möglichen Kandidaten und davonwird ESA jetzt in den nächsten Wochen drei auswählen, die in die nächste Runde gehen.Und ab dem Punkt, wo dann noch drei über sind, da wird die Industrie wieder involviert.Das heißt, dann bittet uns ESA, Angebote für Studien abzugeben, und zwar Phase A und B1.Und dann wird für alle drei Missionen jeweils zwei parallele Studien durchgeführtfür diese Phase A, also diese Machbarkeitsstudie und diese Missionskonzeptstudie.Und am Ende davon möchte ESA von uns wissen, was sind die Risiken, was sind die Kosten.Welche Requirements, also welche Anforderungen können erreicht werden,also wie hochperformant kann dieses System sein und darum auch mit zwei parallelenIndustriekonsortien, damit man eben eine Art Zweitmeinung dabei hat.Und dann auf dieser Basis von dem Ergebnis von der Phase A wird dann in zweiJahren die tatsächliche Mission ausgewählt, die es dann wird.Und das ist wahnsinnig spannend, weil die Missionen so interessant sind im wissenschaftlichen Bereich.Also wenn wir jetzt bei M7 gucken, was ist noch im Rennen, kann man auch imInternet recherchieren, aber es gibt eine Mission mit zwei Orbitern am Mars.Es gibt eine Mission, die soll auf dem Zwergplaneten Ceres landen.Es gibt eine Mission, wo es eine Hauptspacecraft und viele Töchter -Spacecraftgibt, die in Formation fliegen und das Erdplasma erforschen.Es gibt ein Gamma -Ray Observatory und es gibt noch eine astroseismologischeMission. Also wahnsinnig spannende.
Tim Pritlove
Auch sehr breit gestreut. Total. Schwierig da überhaupt einen Schwerpunkt festzulegen.Aber ich glaube vor den Entscheidungen steht die ESA ja am laufenden Meter da.
Charlotte Bewick
Richtig.
Tim Pritlove
Da weinen immer mehr als sich freuen. Kann ich mir vorstellen.
Charlotte Bewick
Auf jeden Fall.
Tim Pritlove
Okay. Ich habe jetzt drei Phasen gehört. Also eine einzelne Mission,wenn sie denn dann wirklich mal gebaut und geflogen wird, bis zu wie vielenBuchstaben geht das dann noch?
Charlotte Bewick
Also genau, B1 ist normalerweise die letzte Phase, die wir in der Vorentwicklungmachen. Danach gibt es dann ein Angebot, die Mission auch wirklich zu implementieren.Und dann gehen wir ab an die Implementierungsdirektorate hier und dort kommtdann B2. Das ist das Detailed Design.Das endet dann mit dem Preliminary Design Review, PDR.Dann kommt die Phase C, da wird auch schon gebaut, da kommt dann das Critical Design Review am Ende.Und dann die Phase D ist wirklich Assembly, Integration und Testing.Dann wird das ganze Spacecraft zusammengeschraubt, komplett getestet.Und in der Phase E, das ist Operations,da wird es dann gelauncht und der Satellitenbetrieb ist da auch dabei.Und dann spricht man manchmal noch von der Phase F, das Disposal,das kommt wieder dann in diesen Bereich Space debris mitigation.
Tim Pritlove
Okay, also im Prinzip geht es von Null bis F.
Charlotte Bewick
Genau.
Tim Pritlove
Nur, okay, interessant, das istB1, B2 und genau da ist aber auch so eine Trennung der Zuständigkeiten.Fragen Sie mich, warum da nicht einfach die Buchstaben weitergeführt wurden?
Charlotte Bewick
Ja, das ist ganz interessant. Also eigentlich ist Phase B das,wo die Requirements konsolidiert werden und das Design quasi komplett gemacht wird.Das ist theoretisch immer alles auf dem Papier und noch nichts gekauft und dannab Phase C wird gekauft und so weiter.In der Realität ist es nicht ganz so, aber der Schnitt hier ist bis zum B1 -Ende.Kann man das als Systemintegrator mit seinen Unterauftragnehmern gemeinsam das Design machen.Danach muss man anfangen mit den Komponenten, Manufacturing,die Verträge abzuschließen. Und da muss man dann auch den Vertrag mit dem Kundenhaben, weil sonst kann man das nicht weitergeben.Also darum ist da meistens der Schnitt. Aber es gibt tatsächlich auch Ausnahmen.Wir hatten ja Comet Interceptor.Das war eine Science Mission, die wir jetzt gewonnen haben. Also in Italien,UAB Italien wird die implementieren. Wir sind aber auch dabei.Und da wurde es mal ganz anders gemacht. Das war für uns auch ein Novum.Da haben wir nämlich zwei Phasen, Phase 1 und Phase 2.Und Phase 1 ist Phase A, B1 und B2.Und wir haben damals also tatsächlich bis zum Ende der Phase B2 in der Vorentwicklungan dieser Mission gearbeitet.
Tim Pritlove
Also bis zum detaillierten Design.
Charlotte Bewick
Richtig, bis zum Ende des detaillierten Designs.
Tim Pritlove
Ok, also ist auch nicht in Stein gemeißelt, aber im Prinzip ist das so eineArt Gerüst, mit dem man schnell kommunizieren kann, wo befindet sich jetzt so ein Projekt.Ja, ok. Würde ich ganz gerne nochmal in die einzelnen Phasen vielleicht einbisschen reinschauen, weil ich glaube das ist ja dann auch für eure täglicheArbeit dann auch sehr aussagekräftig.Weiß nicht, könnte man sich jetzt mal an einem konkreten Projekt ja vielleicht auch orientieren.Also Null, die Nullphase, wer nimmt da mit wem erst mal Kontakt auf,womit fängt's an, wer ruft wen an?
Charlotte Bewick
Im Science -Bereich läuft die Phase Null meistens bei der ESAB,also ohne Industriebeteiligung.Die machen dort Concurrent Design Aktivitäten.Wir haben aber Phase Null auch hier bei anderen Missionen schon oft gemacht.Und das ist meistens so, dass man da noch nicht mit vielen Partnern zusammenarbeitet,am besten macht man es als Firma alleine, weil zu viele Interfaces und Schnittstellenführen zu Komplikationen.Man muss da ziemlich schnell und interaktiv miteinander arbeiten.Da ist gerade so ein Concurrent Engineering Approach eigentlich super.Wir haben hier zum Beispiel diese CEFO, die Concurrent Engineering Facility.Das ist ein Raum mit vielen Workstations, wo man gemeinsam sitzt und iterativ arbeitet.Also die Idee ist, von jeder Disziplin sitzt dort jemand, ein Strukturingenieur,eine Antriebsingenieurin, Thermalingenieurin und Missionsanalyst und so weiter.Die sitzen alle in diesem Raum zusammen Und man kann ganz schnell das Designzusammenbauen, sprich,da wird was schwerer in der Masse, dann geht das direkt rüber zum Antrieb,dann wird das Delta V angepasst, dann stellt sich heraus, wir brauchen größereTanks, das geht dann an die Akkommodation.
Tim Pritlove
Also Delta V ist dann, wie viel Beschleunigung braucht das Fahrzeug?
Charlotte Bewick
Ja genau. Und dann merkt man, okay, wir brauchen größere Tanks oder größereThruster, dann geht das an die Akkommodation, dann wird das in dem Satellitendesigneingebaut, jetzt muss die die Struktur wieder nachjustieren und so weiter.Das sind solche Kreisläufe, die sonst Wochen dauern können, weil dann kriegtwieder jemand eine E -Mail, dann muss er das bearbeiten, updaten,schickt wieder eine E -Mail.Und wenn man das in diesem CFO -Approach macht, dann sitzen alle gemeinsam indiesem Raum und machen das, was sonst ewig dauern würde, weil man eben immerdiese langen Lead -Zeiten hat, wo man dann wartet, dass jemand irgendeine Aktionmacht. Alles innerhalb von ein paar Tagen.
Tim Pritlove
Wie viele Leute halten sich dann da in diesem Raum auf? Also wie viele Wissenschaftler,die kommen da an und wollen was und wie viele von euch?
Charlotte Bewick
Also das sind meistens erst mal nur Ingenieure. Wir haben selten,dass wir die Wissenschaftler direkt im Raum haben. Manchmal binden wir die mitein, wenn es wirklich darum geht.Da ist noch ganz viel offen, aber sonst sagen wir einfach, das ist der Input von denen.Die briefen uns, die geben uns ihre Anforderungen und dann sitzen da nur Ingenieureund das sind so fünf bis zehn Personen.
Tim Pritlove
Unter anderem ist ja auch, glaube ich, das LISA -Projekt bei euch durchgegangenoder geht noch sozusagen gerade durch?Genau, also LISA läuft ja schon ewig und wir waren mal zu einem Zeitpunkt auch… Also LISA,kurze Erklärung, ist ja Gravitationswellenastronomie im All,also das, was derzeit nur auf der Erde gemacht wird mit drei großen oder weitvoneinander, nicht großen, aber weit voneinander entfernten Satelliten,die ja so einen riesen Dreieck quasi mit Laser aufspannen.
Charlotte Bewick
Millionen von Kilometern.
Tim Pritlove
Millionen von Kilometern voneinander entfernt sind und dann halt entsprechendeStreckungen im Raum messen sollen und ich kann mir vorstellen,wenn man jetzt mit so einem Projekt ankommt, ich meine das ist ja auch so ein Ding,das ist jetzt nicht irgendwie ein Fernsehsatellit oder so, was schon tausendmalirgendwie gebaut wurde und wo man auf Dinge zurückschauen kann und sagen,ja okay, letztes Mal haben wir das so gemacht,hat auch im Wesentlichen funktioniert, aber hier würden wir gerne noch ein bisschendran drehen, dann kriegt man das wahrscheinlich so im Nachmittag irgendwie weg.Aber wenn jetzt sowas auf dem Tisch liegt, wo ja im Prinzip,gut es gab jetzt diese Lisa, wie hieß sie?Passfinder Mission. Genau, wo das ja im Prinzip einmal ausprobiert wurde.Also da hat man jetzt sozusagen zumindest schon mal so dieses,ja wir wissen das funktioniert auch, trotz alledem, den Moment wo sich die Größenordnungenauch ändern, dann hat das ja ganz neue Anforderungen.Warst du damit dabei oder weißt du wie das wohl gelaufen sein könnte oder kannstdu vielleicht mal so ein bisschen versuchen darauf zu projizieren?
Charlotte Bewick
Also Lisa ist eine Mission, die ist schon ganz, ganz lange in der Mache.Und da hat sich auch schon ganz, ganz viel einfach umgeändert und gewandelt.Also wir waren auch mal gar nicht in Lisa involviert und jetzt sind wir ganzdoll involviert, auch weil die Mission selber schon so viele Wandlungen durchgemacht hat.Und jetzt kommen wir in die heiße Phase, denn wir erwarten jetzt,dass demnächst das große ITT rauskommt, also das große Angebot geschrieben wirdfür das tatsächliche Bauen von LISA.Und genau, LISA ist eine wahnsinnig spannende, coole Mission,weil es eben darum geht – das kann man sich eigentlich gar nicht vorstellen– aber mit diesen Satelliten in so einem riesigen Abstand zu fliegen und dannaber auch hochgenau den Abstand zueinander zu messen mit diesen schwebenden Massen,um äußere Störungen ausschließen zu können.
Tim Pritlove
Die Goldwürfel, die da frei fliegen in den Satelliten selber drin.
Charlotte Bewick
Ja, also das ist richtig cool, aber auch extrem und ganz, ganz hoch anspruchsvoll.Und darum hat das so lange gedauert. Darum gab es so, so lange,so viele Vorstudien, weil es ganz viele Effekte gibt, wenn man dann ins Detail guckt.Jedes Mal, wenn man denkt, jetzt machen wir eine Detaillierung mehr,kommt, wir müssen noch viel genauer anschauen.
Tim Pritlove
Und die allerwenigsten Missionen haben ja überhaupt diesen Luxus erstmal dieTechnik in einer Mini -Version zu testen bevor man es los schickt.Also das Allermeiste was ja im All landet sind Prototypen.So und in dem Fall gab es zumindest schon mal eine Vorstufe davon.
Charlotte Bewick
Aber es zeigt auch wie anspruchsvoll das ist, weil das wirklich ungewöhnlichist, dass man so etwas macht.Und ja und da wird es jetzt, da kommen wir jetzt demnächst hin,dass wir da wirklich jetzt Angebote schreiben und dass es tatsächlich realisiertwird. nach langer, langer, jahrzehntelanger Vorarbeit. Das ist aber ungewöhnlich.Also LISA ist eine L -Class Mission, also eine Large -Class Mission.Die letzte, die erste L, L1, ist JUICE. Das ist der JUICE, Jupiter,Ice, Sea, Moon Explorer, der ist ja vor kurzem gelauncht.LISA wird jetzt die zweite L -Class Mission und dann danach kommt vermutlichdas Röntgen -Observatorium Athena.Und diese Missionen sind berüchtigt dafür, dass sie lange, lange Entwicklungszeitenhaben, dass sie auch sehr teuer sind, aber weil sie eben auch wirklich so amRande von dem sind, was man machen kann. Also wirklich Pioniermissionen.Aber man kann sie jetzt nicht so gut als Beispiel verwenden,weil sie eben so extrem… Okay, ich sehe, ich habe mich da ein bisschen verfangen.
Tim Pritlove
Nenn doch mal ein Beispiel, in dem du vielleicht auch selber dabei warst.Dass wir uns einfach mal diese Phase Null noch mal genauer vorstellen können.
Charlotte Bewick
Genau. Wir können vielleicht einfach nochmal über Comet Interceptor sprechen.Das ist zwar mit diesen Phasen ein bisschen anders gelaufen,aber das war sehr, sehr schnell und das war auch, finde ich, extrem spannend.
Tim Pritlove
Also ist eine Mission, die wir hier noch nicht beleuchtet haben,kann man vielleicht mal kurz sagen.Also Comet Interceptor ist so die Idee, dass man gerne mal einen Kometen einfangenmöchte, der noch nicht schon fünfmal da war, sondern der mehr oder weniger daserste Mal ins Sonnensystem eintritt und sich dann eben der Sonne nähert.Sprich, bevor er das erste Mal angeschmolzen wird, dass man die Möglichkeithat Proben zu entnehmen,als das Ding noch so richtig alt ist und das Problem ist in dem Moment,wo man so einen entdeckt, dann baut manchmal mal eben eine Rakete und startetdie und ist rechtzeitig da.Das heißt man muss im Prinzip schon im All sein und das ist glaube ich hierdie Idee, dass man irgendwie am Lagrange -Punkt L2 rumgammelt und wartet biswas kommt. Ist natürlich auch gewagt.
Charlotte Bewick
Ja, also es ist sehr, sehr cool. Man ist eine Art Mitfahrer.Ein Rideshare machen wir zusammen mit Ariel, dem Weltraumteleskop.Und dann fliegen wir zum Lagrange -Zweipunkt und dort warten wir dann.Und dann das Ganze basiert darauf, dass man geguckt hat, was gab es in der Vergangenheitfür Objekte und welche davon kann man mit welchem Delta -V, also mit welcher Antriebs -…,Fähigkeit erreichen. Und das sollte so ausgelegt sein, dass man möglichst innerhalbvon der Betriebsdauer, ich glaube das sind fünf Jahre, möglichst viele möglicheObjekte erreichen kann.Und dann gibt es noch so ein paar Backups, das sind einfach Asteroiden,wo man hinfliegen könnte, wenn man eben, wenn nichts kommt.Aber es kann natürlich auch sein, dass wir richtig viel Glück haben und es kommtso was Verrücktes wie dieser Omoamor, kannst du dich nicht daran erinnern?Diese lange, schreckte… Genau, wo man halt einfach war so, was ist das?
Tim Pritlove
Alle gleich wieder so, Raumschiff.
Charlotte Bewick
Raumschiff, aber das war ja wohl ein extrasolares Objekt, also eines,was sogar den Ursprung noch nicht mal aus unserem Sonnensystem haben könnte.Also man weiß einfach nicht, was kommt, das ist super spannend.
Tim Pritlove
Aber irgendwas ist ja immer im All.
Charlotte Bewick
Irgendwas gibt es immer, genau. Und im Notfall gibt es eben auch einfach interessante Asteroiden.Aber wenn es einen Kometen gibt, dann ist es ja so,der Komet kommt von weit außerhalb Und des inneren Sonnensystems kommt er indas Innere und wird dann von der Sonne angeschmolzen und beginnt dann diesesKoma zu entwickeln, das ist dieser Schweif.
Tim Pritlove
Meistens lösen die sich, das ist zumindest die Theorie, dass sie sich aus dieserOrtschenwolke lösen durch irgendeine Schwankung.Irgendwas fliegt vorbei, bringt so ein Stück Steinchen aus dem Tritt und danngeht's ab die wilde Fahrt Richtung Sonnensystemzentrum.
Charlotte Bewick
Ganz genau. Und dann kommen sie her und je näher sie an die Sonne kommen,desto mehr fängt an, sich diese Struktur dieses Kometen zu ändern.Das Eis, was da drin ist, schmilzt auf.Es sprüht Partikel und Wasserflocken und so weiter.Alles wird rausgestoßen. Das ist dieser Kometenschweif.Und den nimmt auch das Koma. Und dann würden wir mit unserem mit einem Dezeptorkommen und fliegen voll durch dieses Koma durch.Das heißt, wir mussten erst mal schauen, wie kann man sich davor schützen.Da muss man Schilde mitnehmen.Und die Geschwindigkeiten der Partikel, auf die wir da stoßen,sind viel, viel schneller als alles, was wir aus dem Erdorbit kennen.Da weiß man ja, man muss sich manchmal beschützen gegen zum Beispiel Schrottwolken oder sowas.Aber da haben wir so relative Geschwindigkeiten von 14 Kilometer pro Sekundeoder sowas. Und hier bei dem Koma geht es um 70, also gleich mal einen Faktor 5 höher.Und das war zum Beispiel ein großer Punkt, den wir uns anschauen mussten.Aber tendenziell war die Idee, wir machen das Ganze möglichst günstig,weil es ist ja ein Mitflieger und es ist auch eine sogenannte F -Class Mission,also eine Fast -Class Mission.Es soll schnell entwickelt werden, es soll möglichst günstig sein.Und um das zu realisieren, haben wir unsere HERA -Plattform genommen.HERA ist eine Mission, die kommt nicht aus dem Science -Bereich,ist aber ein bisschen wie eine Wissenschaftsmission, die kommt aus dem Space-Safety -Bereich und das ist die Mission, die zu dem Asteroiden Didymos fliegt.Didymos ist ein Asteroid, der hat einen kleinen Trabanten, also der hat einenkleinen Mond, den man nennt man auch Didymoon, aber der heißt eigentlich anders,ich kenne ihn aber nur unter Didymoon.Also Didymos und der kleine Didymoon und NASA hat eine Mission gemacht,die hieß DART und DART ist in Didymoon eingeschlagen und hat dadurch wahrscheinlichdie Trajektorie von Didymoon um Didymos verändert.Das ist ein Beispiel oder eine Demonstrator -Mission für die bewusste Veränderungder Trajektorie von solchen Objekten gewesen zur Asteroidenabwehr.
Tim Pritlove
DIMORPHOS heißt er.
Charlotte Bewick
DIMORPHOS, so heißt er, genau.
Tim Pritlove
DIMORPHOS und DIMORPHOS.
Charlotte Bewick
Okay. DIMORPHOS ist sein offizieller Name.Und HERA soll jetzt dahin fliegen, um diesen Krater zu untersuchen,den DART -Krater zu untersuchen.Also ganz spannend, total coole Mission, die läuft hier auch bei OHB,die wird hier gerade gebaut und unsere Idee war, wir nehmen,was wir von Hera haben, weil die Missionen sich sehr ähneln und sagen,das ist unser Startpunkt.Und hier fangen wir jetzt an, möglichst wenig zu ändern, um die Mission fürComet Interceptor erfüllen zu können.Denn dann kann man das Ganze relativ günstig realisieren, weil man ja vielesschon hat und nicht nochmal neu erfinden muss.
Tim Pritlove
Dort passt es zu dem fast und günstig sozusagen.
Charlotte Bewick
Ganz genau.
Tim Pritlove
Also Phase 0, hier ging dann also die Initiative von der ESA aus,das war dann sozusagen der Erstkontakt.Also da ruft hier jemand bei dir an und sagt so, hör mal.Neues Projekt, lasst mal treffen.
Charlotte Bewick
Phase 0 hat ISA selber gemacht, intern. Und dann haben sie,als sie damit durch waren und gesagt haben, das passt, das kriegen wir ungefährhin mit dem Budget nach unseren ersten Abschätzungen, da haben sie dann diesesITT veröffentlicht, das heißt Invitation to Tender.Und das bedeutet für uns, wir schreiben ein Angebot.Und da haben sich dann eben verschiedenste Konsortien zusammengetan,unter anderem wir mit unseren Freunden und Schwestern aus Italien,ORB Italia. Und haben auf dieses ITT ein Angebot geschrieben.Jetzt ist es so, dass wir im Wissenschaftsbereich bei der ESA,ja nicht nur, es geht nicht nur darum, die beste Wissenschaft zu machen,sondern es geht auch darum, den geografischen Return zu erfüllen.Das ist ja bei ESA generell immer ein Fall, das habt ihr bestimmt auch schon mal besprochen.
Tim Pritlove
Geografischer Return?
Charlotte Bewick
Also die verschiedenen Beitrittsländer der ESA zahlen ihr Geld.Und im Wissenschaftsbereich ist das ganz besonders interessant,denn jedes Land muss beim Wissenschaftsbereich teilnehmen.Also man kann nicht für eine bestimmte Mission ein Abonnement abschließen undda sagen, okay, hier, ich tue mein Geld in diese Mission.Sondern jeder muss einen gleichmäßigen Beitrag, der ans GDP,also an das Bruttoinlandsprodukt gekoppelt ist, beitragen zum Wissenschaftsprogramm.Und gleichzeitig hat ESA aber die Verpflichtung, dafür zu sorgen,dass das Geld möglichst gerecht wieder zurückfließt in die Länder.Also genau nach dem, was man beigetragen hat, das fließt auch wieder zurück.Und da war eben bei, jetzt bei Comet Interceptor, war es so,dass wir aus Deutschland gar nicht so einen riesigen Anteil haben konnten an der Mission.Und darum haben wir dann gesagt, okay, Hera ist trotzdem super geeignet,aber wir machen das zusammen mit unseren Freunden aus Italien.Und wir helfen denen dabei, unsere Heritage weiter zu nutzen und sind dann zusammenmit Italien reingegangen und haben das trotzdem geschafft, HERA dafür fertigzu machen. Nur, dass das jetzt eben in Italien läuft.
Tim Pritlove
Okay, also man hat quasi eine Plattform wieder neu genutzt, weil die eben auchfür diese Anforderungen geeignet ist, weil es ja im Prinzip genau das Gleiche ist.Man jagt den Asteroiden hinterher oder den Kometen oder was auch immer es ist.
Charlotte Bewick
Genau, also dann wurde das Angebot geschrieben, wie gesagt ITT kam von ESO unddann kam eben als erstes diese Phase A und in der Phase A macht man Trade -Offs,das heißt wir sind ganz von Anfang an da hingegangen und haben gesagt, okay,wir versuchen möglichst viel von HERA zu nutzen, da wo es Sinn macht,aber wo macht es keinen Sinn und wir haben diese ganzen Punkte versucht rauszufinden.Wo unterscheidet sich diese Mission Comet Interceptor von der Mission HERA undein Punkt habe ich gerade angesprochen, ist dieses Dust Shield,was man braucht, weil man eben durchs Koma fliegt. Aber es gibt auch noch andere.Zum Beispiel waren die Anforderungen an das Antriebssystem andere und so.Und wir haben halt überall aufgestellt, was sind die größten Unterschiede undwas sind unsere Optionen.Zum Beispiel bei dem Antriebssystem haben wir dann gesagt, okay,wir können wieder das Antriebssystem von HERA wiederverwenden oder wir könntenein anderes benutzen, zum dieses oder dieses und haben dann die Missionsoptionendurchgerechnet und zwar versucht möglichst abzuschätzen,was hat das für einen Impact auf die Masse, was hat das für einen Impact aufdie Komplexität, auf die Risiken,auf die Kosten und dann in jedem dieser Trade -Off -Punkte jeweils die besteOption auszuwählen und dann am Ende der Phase A haben wir unser Missionskonzeptdann konsolidiert und damit haben wir alle Trade -Offs geschlossen und wissenmit diesem Konzept gehen wir jetzt in die nächste Stufe, nämlich in die Ausarbeitung der Details.
Tim Pritlove
Heißt das, dass jetzt beim Comet Interceptor auch euer Concurrent EngineeringFacility zum Einsatz gekommen ist?
Charlotte Bewick
Ja, tatsächlich. Also im Angebot haben wir das gemacht.Da muss man ja innerhalb von ein paar Wochen dann eben sein Angebot zusammenmachen und da haben wir dann, finden wir immer, dass es ein super nützlichesTool ist, diese Concurrent Engineering Facility zu nutzen.Wir nutzen sie auch manchmal während der Studien, aber vor allem bei Angebotenist es extrem hilfreich.
Tim Pritlove
Kannst du das vielleicht nochmal ein bisschen beschreiben, wie das dann konkret abläuft?Also wir hatten ja schon die Situation, alle sitzen jetzt irgendwie in einemRaum und ihr habt dann sozusagen spezialisierte Software, um da quasi parallelan so einem Plan zu arbeiten. Kann man sich das so vorstellen?
Charlotte Bewick
Ja, es ist mehr eine Arbeitsweise, aber es gibt auch Software.Aber es geht vor allem darum, wir haben einen, der leitet diese Facility undder bereitet sich darauf vor und der moderiert das Ganze und hat vorher schonalles zusammengetragen, was man dafür braucht.Also die Missionsanforderungen und hat so eine Art Zeitplan entwickelt und danngeht man wirklich, das ist wie so ein Workshop, kann man sagen.Und die Teilnehmer wissen auch,was sie erwartet und dann benutzen wir bestimmte Software -Tools auch.Also wir benutzen zum Beispiel ein Tool, mit dem man Actions vergeben kann undsynchron an Dokumenten und so arbeiten kann, dass man da gleichzeitig an bestimmteSachen zugreifen kann und so.Aber der Kern davon ist wirklich dieses, man kommt zusammen,man hat einen festen Zeitplan und in diesem Zeitplan macht man mehrere ganzschnelle Iterationen des Designs.
Tim Pritlove
Aber die Software ist dann so in -house entwickelt oder sind das einfach auchWerkzeuge der Luft - und Raumfahrtindustrie, die zum Einsatz kommen?
Charlotte Bewick
Also es werden erstmal Werkzeuge, also erstmal werden die Tools,die darin verwendet werden, sind nicht nur für die CEFO.Die meisten sind halt Sachen, die man sowieso auch verwendet.Zum Beispiel für Missionsanalyse wird einfach das normale Missionsanalyse -Tool verwendet.Es gibt aber auch spezielle CEFO -Software, aber da weiß ich nicht genau,welche das ist. Ich glaube nicht, dass die speziell für OHB entwickelt ist.
Tim Pritlove
Also es ist sozusagen ein Modus in dem man sich dann befindet und da geht esdann schnell und ich kann mir vorstellen, dass das eine Menge Spaß macht,dann immer sozusagen mit den anderen Experten rum zu optimieren,weil das ist halt immer so das Problem.Mit Optimierung heißt, man versucht halt einen optimalen Zustand zu erreichenund jeder möchte gerne so, wäre aber cool, wenn ich jetzt hier noch das einbisschen größer baue und dann kommen irgendwie die Thermiker und sagen, wird viel zu heiß.Ja, müssen wir so machen und dann sagen, ja nee, da kriegen wir aber den Antriebnicht für gebaut, dann ist daszu schwer, dann kriegen wir das nicht gelauncht und nicht all so Sachen.Und am Ende steht irgendjemand und sagt, ja habt euch jetzt schön ausgedacht,aber es ist viel zu teuer.
Charlotte Bewick
Ja, also ich muss sagen, ich habe ein paar Mal an solchen Sessions teilgenommenund ich fand es jedes Mal einfach faszinierend, wie viel man hinkriegt am Ende.Hat man wirklich Seitenweise, Konzepte, Bilder, Analyseergebnisse und so weiter.Es ist richtig komplett nach einer Woche Arbeit.Man ist auch durch dann, also es ist anstrengend, einfach weil man die ganze Zeit konzentriert ist.Das Gehirn läuft die ganze Zeit auf Hochtouren von allen zusammen,aber am Ende sind eigentlich immer alle total glücklich und stolz,was man da alles zustande bekommen hat.
Tim Pritlove
Und da lernt man dann wahrscheinlich auch eine Menge über die anderen Bedürfnisse.Weil das ja oft so ein bisschen das Problem ist, wenn so Abteilungen alle sofür sich arbeiten und am Ende will man alles zusammenstecken und stellt festso, wir hätten uns vielleicht mal auf einen einheitlichen Stecker einigen sollen,umso früher man sowas macht.Das ist ja eine Metapher, die kann man ja auch auf alle anderen Arbeitssituationenein bisschen übertreiben.Ich glaube jeder, der in einem Unternehmen mit anderen Leuten zusammenarbeitenmuss, kann ganz gut nachfühlen, was das dann für Momente sind.
Charlotte Bewick
Absolut.
Tim Pritlove
Okay, ich wollte noch ein bisschen mal auf diese Phasen, aber die sind vielleicht gar nicht so…,Klar definiert immer, aber wir bewegen uns jetzt hier bei dem Combat Interceptorim Prinzip jetzt in dieser Machbarkeitsstudie.Das heißt, das ist dann schon etwas, wofür OHB dann auch offiziell beauftragtwird, wo schon Geld fließt, wo die ESA sozusagen investiert und sagt,okay, jetzt müsste mal konkreter werden, aber da redet man halt nicht mehr mitden Wissenschaftlern, sondern eben schon mit Leuten von der ESA.
Charlotte Bewick
Ja, richtig, genau. Also ab dem Punkt reden wir nicht mehr mit den Wissenschaftlern,ESA redet noch mit den Wissenschaftlern.Aber zu dem Zeitpunkt ist es ja so, dass während dieser Machbarkeitsstudie,dass es eigentlich immer mindestens zwei parallele Studien gibt.Also man befindet sich in einer Wettbewerbssituation und da wäre es nicht fair,wenn dann ein Konsortium mit den Wissenschaftlern direkt redet.Darum übernimmt ESA diese ganze Kommunikation.Aber die sind weiterhin eingebunden, gerade wenn es darum geht,dass zum Beispiel von uns rausgefunden wird. Wir können bestimmte Anforderungennicht so erfüllen oder wir müssen uns entscheiden dies oder das,dann werden die Wissenschaftler wieder konsultiert, damit sie auch ihren Senfdazugeben können, ob das akzeptabel ist.
Tim Pritlove
Welcher Teil von ESA spricht dann mit euch? Ist das die Raumfahrtagentur odersind das dann auch unterschiedliche Bereiche?
Charlotte Bewick
Also ESA hat ja mehrere Direktorate und jetzt für die Wissenschaftsmission istes das Direktorat Science und da gibt es dann immer einen Technical Officer,der für ein bestimmtes Projekt zuständig ist und das ist dann die Hauptansprechperson für diese Projekte.Aber wenn wir in der Studie sind, dann ist es oft so, und das finde ich auch immer am,allereffektivsten, dass wir nicht nur mit dem Technical Officer sprechen,sondern dass wir die ganzen Experten von ESA -Seite, da gibt es dann halt Thermalexperten,Strukturexperten und so weiter,direkt mit unserem Thermalexperten, unserem Strukturexperten in direkten Austausch bringen.Die haben dann die E -Mail -Adressen und Telefonnummern voneinander und könnendirekt miteinander Sachen besprechen.Und das ist eine viel bessere Art und Weise zu arbeiten. Und dann können Problemeauch ganz schnell auf dem niedrigsten Level gelöst werden, ohne dass das immergleich über mehrere Personen und Hörensagen und stille Post weitergetragen werden muss.
Tim Pritlove
Wo diese Personen sind, das ändert sich dann auch von Mission zu Mission.Es gibt jetzt nicht so einen Korpus der ESA, der primär zu euch spricht,sondern je nach Mission sind das Leute mal beim ESTEC, mal hier,mal in der Agentur, mal bei der Mission oder wo sind die meistens vertreten?
Charlotte Bewick
Also es ist meistens ASTEC mit denen wir reden. Es sei denn es geht um Operationssachen,das ist dann häufig ESOC in Darmstadt.
Tim Pritlove
Genau, also ASTEC in den Niederlanden, da wo halt die Satelliten letzten Endesdann auch getestet und auf die Reise geschickt werden, die sind sehr viel näher dran am Bau.
Charlotte Bewick
Ja, an der Industrie.
Tim Pritlove
Genau, und Launch ist natürlich dann in Darmstadt. Die wollen natürlich auch mitreden.
Charlotte Bewick
Und der Satellitenbetrieb allgemein ist dann in Darmstadt. Wir haben auch manchmalMissionen, die sind sehr betriebsorientiert.Da haben wir dann auch ganz viel direkt mit denen zu tun.Aber genau, ich würde sagen 90 Prozent unserer Kontakte sind dann mit ESTEC.
Tim Pritlove
Und was das Launchfahrzeug selber betrifft, die italienische Mission,ist das dann eine Vega Mission oder mit welcher Rakete geht das dann hoch?
Charlotte Bewick
Das Comet Interceptor ist ein Shared Launch, die fliegen zusammen mit Arielauf einer Ariane, glaube ich.
Tim Pritlove
Okay, dachte ich mir schon fast. Das ist wahrscheinlich was Größeres,was weiter weg muss. Da braucht man eine Menge Power.Das könnte dann eine Ariane 6 Mission werden.
Charlotte Bewick
Ich meine so war es.
Tim Pritlove
Ja, weil die Ariane 5 ist ja jetzt eigentlich raus.
Charlotte Bewick
Genau, die gibt es nicht mehr. So ist es. Und ansonsten ist es sowieso meistens,dass es europäische Launch -Vehikel sind, aber es hängt mal von Mission zu Mission ab.Also wir haben jetzt auch häufiger mal Situationen, wo wir auch mal gucken,was gibt es so an neuen möglichen Launchern auf dem Markt.Gerade wenn es um kleine Missionen geht, das ist jetzt nicht unbedingt im Science-Bereich so, aber in anderen, dass man halt schon mal schaut,welche zukünftigen Launch -Provider gibt es denn.Weil wir haben ja viele Entwicklungen in Europa gerade von kleinen Launchern.
Tim Pritlove
Und es kann immer mal was dazwischen kommen, das hatten wir hier in der letztenSendung, als wir über Euclid gesprochen haben.Da sollte es ja eigentlich auch schon mit der Ariane 6, beziehungsweise in Schuhursprünglich, mit der Sojus werden und Ariane 6 stand dann nicht zur Verfügung,sodass dann auf die Falcon umgewechselt wird. Das ist natürlich dann immer dieseUnvorhersehbarkeit von allen möglichen Rahmenbedingungen.Man weiß ja nicht, was einem nächstes Wochenende schon wieder um die Ohren fliegt.Ein Beruf, wo man auf Veränderungen vorbereitet sein muss.
Charlotte Bewick
Ja und das ist total dramatisch eigentlich, weil wir ja unsere ganzen Analysenund auch unsere Tests auf eine bestimmte Launcher -Umgebung anpassen.Also wir gucken ja, was sind die Schocklasten, die wir erwarten in dem Launch-Vehikel und Und wenn das dann geändert wird, das hat richtig große Konsequenzen.Das ist nicht so einfach wie, ach, dann nehme ich halt einen anderen Bus oderso, sondern das ist wirklich, das kann das ganze Design nochmal über den Haufenwerfen und man muss nochmal nachbessern.
Tim Pritlove
Weil einfach mehr gerüttelt wird und andere Frequenzen oder so angeregt werden.
Charlotte Bewick
Das ist ganz.Es hat wirklich sehr viele Auswirkungen und das ist für uns auch eine blödeSituation gerade, muss man sagen.
Tim Pritlove
Was ist dann letztlich der Umfang einer Machbarkeitsstudie? Weil eine Machbarkeitsstudieklingt für mich jetzt in gewisser Hinsicht auch so ein bisschen so,ja könnte man, kann man mal machen irgendwie, so klingt jetzt nicht so genau.Aber ich schätze mal, da sind schon eine ganze Menge Parameter ziemlich aufkleinste Nuancen runtergedreht worden.
Charlotte Bewick
Ja, also wenn wir jetzt von der Phase A sprechen, dann machen wir da eben dieseMissionskonzepte, die wir gegeneinander abwägen und dann eins auswählen.Das arbeiten wir dann so weit aus, dass man am Ende der Phase A die Risikenabschätzen kann, den Technologieentwicklungen, die nötig sind.Also wir gucken uns die verschiedenen Komponenten des Atleten an und schauen,was für ein TAL haben die, also Technology Readiness Level. Sind die schon mal geflogen?Muss man die noch entwickeln? Muss man da noch wirklich viel Geld reinstecken?Und was ist der Schedule? Wie lange dauert das bis es so weit ist,dass man das einsetzen kann?Was ist generell der Schedule für die Entwicklung dieses Satelliten?Also wie lange würde das jetzt dauern, wenn wir jetzt das okay bekämen,bis wir den launchen könnten?Weil manchmal hat man ja auch Komponenten drin, die brauchen einfach ihre Zeit, bis sie fertig sind.Dann gucken wir an die Kosten, das ist ganz wichtig, dass man die Kosten schonmal einmal abschätzen kann, damit man auch identifizieren kann,was sind die Kostentreiber und ist das überhaupt innerhalb des Budgets machbar.Und dann Risiken hatte ich schon angesprochen, aber auch hier ist es wichtig,dass man guckt, welche größten Risiken gibt es und wie kann man die irgendwie mitigieren.Was können wir jetzt schon machen, um bestimmte Risiken zu verringern?Wenn wir zum Beispiel sehen, es gibt einen ganz wichtigen Teil in dem SatellitenUnd der wird nur von einer Quelle, kann man den nur beziehen.Dann muss man ganz sicher sein, dass man den von der Quelle auch bekommen kann.Oder alternativ gucken, dass man eine zweite Quelle irgendwo findet.Oder sicher gehen, dass das dann auch wirklich da verfügbar ist.Weil das will man natürlich nicht, dass der Teil dann plötzlich nicht mehr zunutzen ist. Also das ist so ein Beispiel.
Tim Pritlove
Also ein Wirtschaftsembargo einem dazwischengekommen ist und es gibt keine Check -ins -Force, ne?
Charlotte Bewick
Ja, oder was weiß ich, ein ganzes Warenhaus ist abgebrannt oder so.Man weiß es ja nicht. Es können ja die verrücktesten Sachen passieren und sind auch schon passiert.Das sind so Punkte, die man eben in dieser Studie macht, dass man wirklich sichalles anguckt und sagt, okay, Machbarkeit bezieht halt auch sowas mit ein.Und eben natürlich das Satellitendesign. Wie groß ist der? Wie sieht der aus?Wie schwer ist der? Kann der gelaunched werden? Wie viel Power braucht der?Was für Komponenten hat der alles? Und am Ende hast du einen Product Tree,da sind die verschiedenen Komponenten gelistet, einen Funktionsbaum,das sind die Funktionen, die der Satellit ausführen soll,runtergebrochen auf ganz viele kleine Teilfunktionen.Und man hat die Anforderungen des Satelliten, also die von der Nutzerseite kommen,auf eine Satellitenspezifikation umgeschrieben.Und das ist so das Ende von der Phase A ungefähr.
Tim Pritlove
Wie sieht dieses Endprodukt dieser Phase denn konkret aus?Ist das einfach nur ein 300 Seiten PDF, wo alles schön ausgeschrieben dasteht?Oder erhält die ESA oder wer auch immer gerade jetzt Kunde ist,da ein wohl definiertes parametrisierbares Datenmodell,wo man irgendwie am Computer rumschrauben kann und sich sozusagen in all seinenpotenziellen Ausprägungen immer wieder neu berechnen lassen kann?
Charlotte Bewick
Ja, das ist total spannend. Also das ist tatsächlich eine super Frage,weil das ändert sich gerade.Traditionell kriegt ESA von uns vordefinierte Dokumente, die so beschriebensind in unseren Industrienormen.Also es gibt so etwas wie ein Mission Definition Document zum Beispiel oderverschiedene Analyse Reports.Und die sind vorher im Vertrag aufgenommen, die werden geliefert und dann werdendie von uns bereitgestellt und gebaut. und eben bestimmte Modelle,wie zum Beispiel ein CAD -Modell und ein Finite -Element -Modell.Aber was sich gerade ändert in der Industrie, ist, dass wir sogenanntes MBSEimplementieren, also Model Based System Engineering.Und da ist das ähnlich wie das, was du gerade beschrieben hast,dass man wirklich einen virtuellen Satelliten hat,wo die Anforderungen des Kunden direkt mit den Spezifikationen des Atleten verknüpftsind und nicht mehr nur über Dokumente als Schnittstellen verlaufen,sondern eben durch ein richtiges Computermodell.
Tim Pritlove
Das heißt, das ist noch nicht so, aber das ist alte Portals.
Charlotte Bewick
Das ist bei manchen Missionen so. Also manche Missionen machen das jetzt schonso und andere ältere Missionen, die schon lange laufen, bei denen ist es quasinicht implementiert worden und wird vermutlich auch nicht mehr implementiert.Das ist der Umbruch, der jetzt gerade so stattfindet.
Tim Pritlove
Okay, also wir befinden uns da sozusagen gerade in so einer neuen Digitalisierungsphase,weil es macht ja eigentlich auch für alle Beteiligten total Sinn,nicht immer wieder alles sich neu anlesen zu müssen und dann so,was steht denn da jetzt nochmal genau für eine Zahl,so dass man das halt einfach auch in der Simulation vielleicht sofort zum Einsatzbringen kann, was ja dann auch, sagen wir mal Turnaround -Zeiten bei Änderungswünschenoder Anforderungsänderungen dann kürzer machen wird.
Charlotte Bewick
Ganz genau. Das ist eben genau dieser Punkt, diese Anforderungsänderung.Da ändert sich irgendwas im Input und wenn man das in einem old -fashioned waymacht, dann dauert es einfach ewig bis sich das durchgefressen hat auf alleLevel und manchmal gibt es auch einfach einen Punkt,wo es dann übersehen wird und es findet sich dann gar nicht mehr wieder.Also es hört dann einfach irgendwo auf und versickert und das ist eben das,was man damit ausschließen kann.
Tim Pritlove
Das ist ja auch eine echte Gefahr für so eine Mission. Wenn man irgendein Konstraintnur in so einem Textdokument verbirgt und dann wird irgendwo was geändert,was auf diesen Parametern eine Auswirkung hat und der überschreitet dann aufeinmal seine Grenzwerte und keiner merkt es, weil es halt nicht angeschaut wurde,dann ist man ja schnell in deep trouble.
Charlotte Bewick
Ja, absolut. Genau, das ist sowieso das, was man immer hat. Bei uns jetzt inder Vorentwicklung ist es noch nicht mal so dramatisch.Wir legen so die Grundsteine dafür, dass das später funktioniert.Aber wenn dann nachher der Satellit wirklich da ist, man hat schon angefangen,bestimmte Sachen zu kaufen,die Aufträge rausgegeben und dann merkt man, das passt hier aber nicht mehr,dann hat man wirklich ein Riesenproblem, weil dann muss man vielleicht Sachennochmal neu kaufen Oder man muss ganz kostspielige Änderungen durchführen lassenund das will man natürlich möglichst vermeiden.
Tim Pritlove
Und ich könnte mir auch vorstellen, dass das gerade bei so was wie, ne, Beispiel Hera,man möchte sozusagen eine alte Mission anpassen und sagen so,da haben wir doch schon mal so eine Plattform,guck mal, das Ding hat ja auch im Wesentlichen eigentlich das Gleiche gemacht,bloß mit ein paar anderen Parametern, dann könnte man das natürlich auch sehrviel einfacher aus der Schublade wieder hervorziehen und sagen so,da gehen wir jetzt mal drauf.
Charlotte Bewick
Ja, total. Genau. Und auch noch mehr. Also es ist nicht nur,dass man das Design und so weiter dann digitaler, man hat ja auch noch andereSachen, man hat ja bestimmte Komponenten zum Beispiel schon qualifiziert undman hat die Testresultate davon, die man dann zur Verfügung hat.Es gibt so viel, was im Moment noch, sagen wir mal in Anführungsstrichen,lose rumflattert und dass man das alles besser verknüpft und so,das ist ein Riesenbestreben.Das ist auch sehr komplex und auch sehr, sehr, sehr viel Aufwand.Erstmal aber einer, der sich auf jeden Fall auszahlt.Und das ist genau so ein Umbruch, der gerade stattfindet.
Tim Pritlove
So, wenn so eine Machbarkeitsstudie dann gemacht ist, dann kommt Phase B.Was heißt das? Requirements, Consolidation?
Charlotte Bewick
Genau, also der Preliminary Requirements Review ist am Ende.Und in der Phase B1 ist es so,wir haben ja unsere Satellitenspezifikation, Das ist die Übersetzung der Anforderungendes Nutzers an unseren Satelliten und was wir jetzt machen ist,wir brechen das weiter runter von den Satellitenanforderungen an die Spezifikationenan die Subsystemspezifikationen,also eine Thermalsubsystemspezifikation, eine Struktursubsystemspezifikation und so weiter.Da stehen dann, ich gebe mal ein ganz praktisches Beispiel.
Tim Pritlove
Wie so ein Satellit wirklich gebaut ist?
Charlotte Bewick
Naja, das ist die Akkommodation. Die Struktur ist wirklich die Strukturelemente.Also das, was den Satelliten zusammenhält, wo alles dran getackert ist.Ich gebe mal ein Beispiel. Wir haben zum Beispiel vom Kunden eine Anforderung,dass die Launchmasse die x Kilogramm nicht übertreten darf.Und jetzt sagen wir, okay, es kann einfach der Satellit maximal x Kilogramm schwer sein.Wenn man jetzt aber auf Subsystem -Ebene geht, dann muss ich sagen,okay, das propulsion -Subsystem darf nicht schwerer als ein Fraction,ein Bruchteil von X sein.Und das ist so die klassische System -Engineering -Aufgabe auch.Das heißt, wir nehmen die Top -Level -Anforderungen und wir brechen sie runterauf die verschiedenen Teil -Anforderungen.Ein gutes Beispiel dafür ist auch, das kommt jetzt aus dem Erdbeobachtungsbereich,aber ich finde es immer ein schönes, ansprechendes Beispiel,wir haben eine Anforderung, wir müssen wissen, unser Bild ist auf dem und demBereich des Bodens aufgenommen.Geolokalisierung nennt man das, geolocation. Dann können wir auf Satellitenebenedann sagen, okay, wir müssen so und so genau wissen, wo wir uns im Orbit befinden.Wir müssen so und so genau wissen, in welche Richtung wir gucken.Und wir müssen auch noch so und so genau wissen, wie sich unser Instrument imVerhältnis zu unserer Blickrichtung bewegt hat.Also guckt das immer noch genau straight oder ist das leicht verrutscht?Und das sind alles Winkel, die werden dann, oder auch im Sinne von Warp -Position,das ist ja auch eine absolute Position,und die werden dann wieder als Anforderung an die einzelnen Teile runtergebrochenund weiterverteilt. Und das machen wir im System Engineering.Und dann haben wir diese Spezifikation auf Subsystem -Ebene und die werden dannweiter runtergebrochen auf Spezifikationen für einzelne Komponenten.Und diese Komponentenspezifikationen, die können wir dann wiederum an eine Ausschreibungbeifügen und können dann verschiedene Hersteller von zum Beispiel einem ReactionWheel anschreiben und sagen,wir brauchen ein Reaction Wheel, das kann Folgendes.
Tim Pritlove
Also Reaction Wheel zur Positionierung des Satelliten.
Charlotte Bewick
Genau, Reaction Wheel ist so ein Standardbauteil im Satelliten.Darin ist so ein drehendes Rad mit einer hohen Masse oder auf jeden Fall ein Schwungrad.
Tim Pritlove
Genau und damit kann man sich ja dann, wenn man genug davon hat,kann man sich drehen und wenn zu viele davon kaputt sind, dann taumelt der Satellit davon.
Charlotte Bewick
So ist es, genau.
Tim Pritlove
Und dann war's das. Hubble hat so ein Problem. Noch geht's.Ja, vielleicht nochmal auf diese Model -Based -System -Engineering -Zukunft zu schauen.Das ist ja eigentlich etwas, was man sozusagen partnerübergreifend dann machen will.Mehr oder weniger arbeiten dann alle auf dem idealerweise sozusagen mehr oderweniger in Real -Time auf demselben Modell oder sind zumindest in der Lage,so wie das auch in der Softwareentwicklung ist, mehr oder weniger alle an demgleichen Apparat zu arbeiten und jeder bringt seine Änderungen mit ein.Aber in -house dürfte das ja dann sowieso schon der Standard sein,dass man hier an einem digitalen Modell arbeitet.
Charlotte Bewick
Wie gesagt, die Laufzeit von solchen Projekten ist sehr lang.Viele von den Projekten, an denen wir jetzt ganz konkret arbeiten,sind schon vor Jahren entwickelt worden.Die Phase A ist schon Jahre her und bei denen ist es nicht der Fall,dass das MBSE von Anfang an dabei war. Und dann ist es dann irgendwann auchso, dass das Projekt schon so komplex ist, dass es zu spät ist, das noch einzuführen.Aber hier in der Vorentwicklung für die Projekte, die wir jetzt neu anfangen,da ist es eigentlich standardmäßig dabei.
Tim Pritlove
Genau, das meinte ich. Also das ist jetzt der Modus Operandi für die Zukunft.
Charlotte Bewick
Ja.
Tim Pritlove
Okay.Wie sah das jetzt bei diesem Combat Interceptor, um mal wieder ein konkretesBeispiel aus der Tasche zu holen, für diese Phase B, also für das Mission,also Phase A Machbarkeit.Wir können uns vorstellen so und so läuft das. Hier habt ihr irgendwie unsereDaten oder unser Modell oder zumindest unser...5 Kilo schweres PDF, was ihr euch durchlesen könnt.Steht drin, könnte man im Prinzip machen mit dem und dem Aufwand an Geld.Das sagt es ja letzten Endes aus.Und wenn dann eben der nächste Schritt kommt und dann diese B1 Phase losgehtund wenn ich das richtig jetzt verstanden habe, heißt es ja noch nicht,das wird auf jeden Fall stattfinden, sondern es ist vielleicht immer noch einervon mehreren Contendern, dann ist das ja sozusagen auch wettbewerbsrelevant.Was kommt denn dann noch hinzu?Inwiefern wird denn diese Machbarkeitsstudie dann nennenswert noch konkretisiertüber den ursprünglichen Stand hinaus?
Charlotte Bewick
Also genau, also das, was ich gerade beschrieben hatte mit dem Runterbrechender Spezifikationen auf die Komponenten, das kommt in der Phase B1.Dann machen wir die sogenannten Request for Information oder Request for Proposal,dass wir an Komponentenhersteller uns wenden und denen unsere Spezifikationenschicken, um von denen zu erfahren, wie sieht das aus, können die das erfüllen.Also dadurch kriegen wir einfach viel, viel mehr Input nochmal in unser Modell,wie über Risiken, über Kosten und so weiter.Das ist also ganz großer Fokus ist jetzt darauf, ganz konkret, wie sieht das Ding aus.
Tim Pritlove
Wer baut das?
Charlotte Bewick
Welche Komponenten sind dabei? Und auch die Kosten werden dadurch viel konkreter.Und das ist diese ganze Vorbereitung, der Fokus ist jetzt ganz stark darauf, das zu implementieren.In der Phase A ist der Fokus darauf, die Mission selber, wie könnte die aussehen?Wie gesagt, Missionskonzept. Und dann in der Phase B1 ist der Fokus auf,wie bereiten das jetzt vor, dafür, dass es implementiert werden kann.Aber eben noch im Wettbewerb befindlich. Und das ist auch ganz besonders wichtig,weil wenn eine Firma das machen würde, die weiß, wir haben das jetzt auf jeden Fall schon sicher,dann fehlt so ein kleines bisschen auch der Anreiz, wirklich nochmal alles genauanzuschauen, wo kann man noch was verbessern, wo kann man noch Kosten sparen oder so.Ich denke, das ist schon sinnvoll, dass das meistens so gehandhabt wird.Bei der Wissenschaftsmission istes jetzt schon sicher, dass diese Mission kommt, also so gut wie sicher.Es gibt dann zwar noch diesen Mission Adoption Review meistens,wo dann entschieden wird, tatsächlich kommt die Mission,aber bei der Phase B1 ist die eigentlich nicht mehr in Konkurrenz zu anderenMissionen, sondern nur noch in Konkurrenz zwischen zwei Industriekonsortien.
Tim Pritlove
Okay, also man weiß, man will es machen, aber es ist noch nicht klar, wer es macht.
Charlotte Bewick
So ist es genau. Es kann halt passieren, dass die Mission dann doch noch gestopptwird, weil zum Beispiel doch die Risiken und Kosten sich als zu hoch erweisenoder dass sie nochmal ganz signifikant redefiniert wird.Aber in den meisten Fällen ist das nicht der Fall, sondern dann geht es halt einfach danach weiter.Und nach der Phase B1, das ist jetzt, die ich gerade beschrieben habe,kommt eigentlich das Angebot für die Implementierung.Bei Comet Interceptor war es nicht so. Da hatten wir dann noch die Phase B2,die weiterhin im Wettbewerb stattgefunden hat.Was ich gerade auch noch vergessen habe zu erwähnen, sind die ganz detailliertenAnalysen, die in der Zeit durchgeführt werden.Wir haben am Anfang in der Phase A die Analysen sind der Fokus Machbarkeit,also wo haben wir Probleme mit den Schocklasten, wo haben wir Probleme thermalund im zweiten Teil geht es darum,die Umgebungswerte für die Komponenten zu definieren.Das heißt, wir wissen jetzt schon, es müsste thermal und strukturell eigentlichalles funktionieren, Aber die einzelnen Komponenten müssen wissen,welche Schocks erfahre ich eigentlich?Wie sieht meine Thermalumgebung aus? Und da gibt es ganz detaillierte Analysen,die durchgeführt werden, um diese Werte bereitzustellen für die einzelnen Komponentenhersteller.
Tim Pritlove
Viel von dem, was du jetzt beschrieben hast, bezieht sich ja im Wesentlichen auf, sagen wir mal,Den Satelliten als solchen, so das Fahrzeug mit dem man irgendwie die Instrumente dann hinbringt.Aber es ist ja immer so ein Zweispiel aus Transportfahrzeug auf der einen Seiteund der eigentlichen wissenschaftlichen Nutzlast selber.Die werden ja dann oft auch von Universitäten gebaut. Da hat man ein tollesneues Teleskop, irgendwelche Kameras, die irgendwas beobachten und auch dassind ja immer dann quasi so bleeding edge Prototypen.Man macht halt was, was man noch nicht gemacht hat. Das ist ja dann sozusagenauch ein Teil, den ihr gar nicht so definieren könnt.
Charlotte Bewick
Im Science -Bereich ist das richtig, da ist es so, dass die Instrumente in allerallermeisten Fällen Beistellungen sind von Mitgliedsstaaten der ESA oder manchmal auch sogar von anderen,Raumfahrtagenturen von der NASA oder so oder von JAXA,aber wo wir als Industrie über ESA nicht involviert sind, das heißt die sindfür uns, nennen wir sogenanntes CFI, Customer Furnished Item.Und das heißt, wir bekommen einmal die Schnittstellenbeschreibung und wir wissen,was ist wichtig für dieses Instrument. Manchmal ist das ja auch noch nicht fertig entwickelt.Meistens ist es noch nicht fertig entwickelt. Das heißt, wir sind da auch in Iterationen mit denen.Aber wir designen das nicht, sondern wir stellen sicher, dass das Raumfahrzeugdieses Instrument sicher dorthin bringen kann, wo es eingesetzt wird und danndafür sorgen kann, dass der Einsatz auch funktioniert, dass die Daten weitergeleitet werden und so.Es gibt aber Bereiche bei OHB, wo wir auch für das Instrument zuständig sind,ganz besonders in der Erdbeobachtung ist das häufig der Fall.Und da kommt das dann alles in die Hand, also das ganze Raumsegment ist dannvon der Industrie aufgebaut.Andersrum. Die Industrie ist damit beauftragt.
Tim Pritlove
Das heißt, es gibt ja auch schon einen nennenswerten wissenschaftlichen Teil.Also es ist nicht nur so, dass OHB ausschließlich Ingenieure sind,die irgendwie, ja, können wir euch bauen.Wir wissen nicht, was das ist, aber wir bauen euch das.Also wir wissen nicht, was mitfliegt sozusagen. Dem ist nicht so,sondern es gibt ja auch einen Anteil an nennenswerten Wissenschaftlern,die auch wirklich konkret Forschung betreiben und Entwicklungen vorantreibenoder mehr so dazwischen sind, so ein bisschen umsetzen, was woanders erforscht wurde,was so abgehangene Technologie ist.
Charlotte Bewick
So richtige Forscher würde ich sagen nicht, aber der Anspruch ist natürlich,wir verstehen, was wir da machen, weil es für uns natürlich total wichtig ist,zu verstehen, was wollen die Wissenschaftler bezwecken.Denn wenn wir mit den Wissenschaftlern reden müssen und sagen,das und das funktioniert nicht so, wie ihr euch das vorstellt,dann müssen wir auch wissen, was bedeutet das für die.Und wenn wir denen eine Alternative anbieten, dass das für die überhaupt sinnvollist. Man muss irgendwie die gleiche Sprache sprechen.Also schon echt wichtig, dass wir das verstehen.Was wir hier nicht haben, ist Astrophysiker, die Astrophysik betreiben im Namen von UHB.Wir haben aber Leute, die aus dem Bereich kommen und die das studiert habenund die jetzt eben auf der anderen Seite sitzen und die sind für uns ganz wichtigeKollegen, weil die eben diese Sprache sprechen von den Wissenschaftlern.Und was wir hier machen, nennt sich auch Forschung und Entwicklung.Wir forschen aber eben nicht an der Herkunft des Universums oder der Entstehungdes Universums oder der fundamentalen Physik, sondern wir forschen und entwickelnneue Methoden, Raumbetrieb zu leisten, Raumfahrzeuge zu erstellen.Wir entwickeln neue Technologien, die man einsetzen kann.
Tim Pritlove
Also zum Beispiel auch Antriebstechnologien, Energiegewinnungssysteme,würde mir sofort einfallen, auch noch als ganz wichtige Komponente, sowas.
Charlotte Bewick
Ja, also konkret haben wir jetzt bei OAB -Systemen nicht, aber was wir zum Beispielentwickeln, ist, wir entwickeln Design -for -Demise -Methoden.Das sind Methoden, wie man Satelliten und auch Produkte, die man in Satellitenverbauen kann, die dafür sorgen,dass diese beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre komplett verglühen.Das heißt, es ist nicht Wissenschaftsmission, also auch relevant für Wissenschaftsmissionen,es ist für alle Missionen relevant und hat wieder was mit diesem Thema Weltraumschrott zu tun.
Tim Pritlove
Genau. Kommen wir noch zu, jetzt würde mich noch mal interessieren,was ja so ein bisschen das Environment hier anders macht als,sagen wir mal typischerweise, wie ich ihn jetzt so bei der ESA oder bei densonstigen wissenschaftlichen Instituten,Universitäten etc., wo ich schon überall war und die alle noch so Teil des ganzenWeltraumzirkus ja sind.Das ist ja hier, sagen wir mal so, die Wettbewerbsrealität ganz anders niederschlägt.Man steht in Konkurrenz zu anderen Unternehmen und man hat es irgendwie aberauch mit einem sehr überschaubaren Markt zu tun.Es gibt ja jetzt auch nicht so viele Player, die in der Lage sind überhauptso einen Satelliten zu bauen. Den gibt es halt nicht im Supermarkt.Wie beeinflusst das so deine Arbeit? Also spielt es eine Rolle?
Charlotte Bewick
Ja, auf jeden Fall. Also ich habe ja auch einen PhD gemacht,ich habe auch mal im universitären Betrieb gearbeitet.Und das Erste, was mir ganz klar geworden ist, als ich in die Industrie gewechseltbin, ist, meine Zeit kostet Geld.Das war vorher nicht so. Also das war in einer gewissen Hinsicht schon so,aber ich habe es nie gemerkt.Es war immer so, ich habe eine Frage und ich gehe der Frage nach,bis ich eine Antwort habe. Und in der Industrie ist das nicht so,weil man muss immer gucken, die Zeit, die ich jetzt einsetze,um die und die Frage zu beantworten, ist es wert?Weil ein Projekt ist mit einer bestimmten Anzahl von Stunden ausgestattet.Jeder, der an dem Projekt arbeitet, bucht auf dieses Projekt und am Ende mussdas, was man da reinsteckt, möglichst vollständig die Projektanforderungen erfüllen.Und wenn man jetzt plötzlich merkt, oh, das ist aber auch interessant,das würde ich mir auch sehr gerne angucken, muss man manchmal leider sagen, nein, geht nicht.Das übersteigt unser Budget, weil wir uns eben in dieser Situation befinden,dass wir ein Unternehmen sind, was wir werden halt für unsere Aufträge auchbezahlt vom Kunden, dafür, dass wir das liefern, was der Kunde von uns möchte.Genau, und da kann man nicht einfach dann selber entscheiden,ich möchte aber viel lieber das und das anschauen, sondern das muss man danneben so durchführen, wie das ist.Das ist eine totale Umgewöhnung für Leute, die den universitären Betrieb gewöhnt sind.Aber wenn man sich daran gewöhnt hat, ist es auch irgendwie gut,weil alles, woran man arbeitet, das hat alles auch irgendwo Hand und Fuß.Man weiß, das bringt jetzt konkret was weiter und man bewegt was.Und das Resultat sind dann eben diese schnell voranstreitenden Studien mit denMeilensteinen, die dann immer einen höheren Detailgrad haben.Und man sieht auf dem Plan schon, okay, und in zwei Jahren schreiben wir hierdas Angebot und dann geht's los, dann wird was gebaut.
Tim Pritlove
Was da vielleicht noch so ein Aspekt ist, dass man vielleicht auch so eine höhereFluktuation an Mitarbeitern hat.Oder also so im wissenschaftlichen Bereich bleiben die Leute ja in der Regeljahrzehntelang an den Universitäten.Sehr viel Kontinuität.Gibt es diese Kontinuität im...
Charlotte Bewick
Also mein Team ist ein relativ junges Team, aber das liegt auch daran,dass wir in der letzten Zeit auch stark gewachsen sind.Ich habe schon den Anspruch, dass ich hoffe, dass meine Mitarbeiter möglichst lange bei mir bleiben.Aber ich sehe auch, dass gerade die Vorstudien eine Art Eintrittslevel sein können.Das ist eher dran an dem, was man in der Uni gelernt hat an Space System Engineering.Und ich habe häufig tolle, motivierte Mitarbeiter, die hier herkommen und diedann hier anfangen und wo ich aber dann denke, vielleicht juckt die irgendwannauch mal was und die sagen so, ich würde gerne dann mal meine Mission nichtabgeben, sondern ich möchte dann mit,möchte, dass die auch sehen, wie die dann gelauncht wird und dann weiterhin beteiligt sein.Und für mich gehört es auch zur guten Führung dazu, dass ich mir anschaue,was wollen meine Mitarbeiter.Wenn ein Mitarbeiter zu mir sagt, ich möchte für immer hier in deiner Abteilungbleiben, dann freue ich mich total und bin restlos dankbar.Aber wenn eine Mitarbeiterin sagt, ich möchte gerne fünf Jahre hier sein undoder so ungefähr drei bis fünf Jahre und dann würde ich total gerne mal in soeine Implementierungsphase reinschnuppern,dann bin ich auch voll und ganz dabei und unterstütze das und versuche der danndabei zu helfen, das zu realisieren.Darum, ja, wir haben eine Fluktuation, aber die kann auch sehr positiv sein.Mein Ziel ist es immer, wenn wir neue Stellen besetzen, dass wir nicht nur Leutereinnehmen, die Berufseinsteiger sind, sondern dass wir auch mal Leute haben,die schon eine Implementierungsphase gemacht haben und Lust haben,mal wieder ganz von Null anzufangen,damit man voneinander lernen kann.Eine Sache, die mir ganz besonders aufgefallen ist, ist, ich habe ein paar Mitarbeiter,die neben der Tätigkeit in der Vorentwicklung einen Teil ihrer Zeit bei Implementierungsprojektenmithelfen und die können ganz viel von dem, was sie dort lernen,transferieren in die Vorentwicklung.Du wolltest es ja gerade verglichen mit dem universitären Betrieb,wo man Leute hat, die jahrzehntelang dasselbe erforschen. Das gibt es bei uns eher nicht.Es gibt Mitarbeiter, die schon sehr lange hier in der Vorentwicklung sind unddie an verschiedensten Projekten gearbeitet haben.Das sind extrem wertvolle Leute, weil die diesen ganzen Erfahrungsschatz haben,auf den sie zurückgreifen.Und ich hoffe, dass die Leute, die jetzt in der Vorentwicklung bei uns sind,dass die entweder auch hierbleiben und diesen wertvollen Schatz entwickeln oderdass die eben einen anderen Weg einschlagen,in unserer Firma bleiben, bei OHB bleiben, ein Projekt von Anfang bis Ende durchziehenund dann gerne in fünf Jahren wieder bei mir in der Vorentwicklung sitzen undnochmal von neuem anfangen.
Tim Pritlove
Ich kann mir auch vorstellen, dass es viele Vorteile hat, hier zu arbeiten in so einer Struktur,weil ja üblicherweise Firmen dann sehr viel flexibler auch entscheiden könnenund in der Lage sind, mal eben etwas vielleicht mal komplett über den Haufenzu werfen, wenn es sich einfach nicht bewährt hat, ohne dass man in diesen schwierigen,langsam arbeitenden Rotationen von so universitätspolitischen Entscheidungenfesthängt und Mittelschwierigkeiten hat, etc.Also das ist ja sicherlich auch ein Reiz.
Charlotte Bewick
Ja, das denke ich. Und ich denke auch gerade, UAB zeichnet es aus,dass wir hier sehr, wir haben sehr flache Hierarchien und Leute,die hierher kommen und gute Ideen mitbringen und Bock haben,sich zu engagieren und Verantwortung zu übernehmen, die müssen nicht lange bettelndafür. Die kriegen hier alles, was sie sich wünschen.Ich freue mich immer, wenn ich Leute habe, die sagen, ich habe eine tolle Idee,ich würde gerne selbstständig das und das und das machen und ich versuche dasdann auch zu ermöglichen und ich glaube, das ist generell so ein bisschen der Vibe bei uns,dass es eben so ist, du kannst hierher kommen und du kannst dir Verantwortungübernehmen und auch relativ schnell.
Tim Pritlove
Und ich denke für manche könnte es ja auch durchaus reizvoll sein,eben nicht lange Zeit immer am selben Projekt zu hängen, sondern im Prinzippermanent so einen Wechsel zu haben, immer wieder was Neues zu sehen.Also manche interessiert ja mehr das und manche interessiert mehr das.Nicht jeder ist gleich gestrickt.Wie läuft das? Wir haben jetzt viel drüber gesprochen, da kommt jetzt die Wissenschaft,kommt die ESA, sagt ja hier wir wollen irgendwie das und das machen.Da stößt man doch sicherlich auch manchmal einfach an die Grenzen des Machbaren,wo man einfach vielleicht auch lange Zeit vor sich hinforscht,nachdem die Machbarkeitsstudie vielleicht gesagt hat, das passt schon irgendwie alles.Und dann soll es mal konkret werden und dann stellt man fest,da haben wir uns aber jetzt was eingetreten.Das hat ja dann irgendwie Reperkussionen auf alles. Wie kommuniziert man da?Wie geht man mit solchen Fails um?
Charlotte Bewick
Ja, möglichst offen, auf jeden Fall. Es ist tatsächlich, das passiert.Aber meistens ist es nicht so, dass alles verloren ist, sondern dass man einfachso gucken muss, kann ich mit den Implikationen leben?Also häufig hat es ja einfach direkt was mit Kosten zu tun und dann merkt mansehr schnell, hier steigen die Kosten wahnsinnig schnell an,die projizierten Kosten, weil das alles so furchtbar komplex ist.Und dann kann auch mal die Reißleine gezogen werden und dann wird gesagt,okay, stopp, wir müssen jetzt noch mal ganz neu denken.Das passiert häufiger mal, dass man dann sagt, wir müssen noch mal neu von vorne anfangen.Und dann kann man häufig trotzdem noch eine Mission zusammenbauen,die dann hat dann eben Einschränkungen.Die kann nicht mehr die und die Performance erzielen, sondern nur noch die.Oder die kann nicht mehr in 180 Grad schauen, sondern nur noch in 60 Grad oder so was.Aber das ist dann wieder eine Frage an die Wissenschaftler, wieder ein Zurückgespielt.Könnt ihr damit leben, könnt ihr trotzdem noch die Forschung betreiben,die ihr wollt und manchmal findet man dann eine ganz clevere Lösung,wie man das, wie das dann gar nicht so schlimm ist im Nachhinein.Ja, aber das passiert. Dafür ist das ja ganz klar da. Dafür machen wir dieseVorstudien, um genau das zu finden, bevor es zu spät ist.
Tim Pritlove
Ich hab jetzt bei verschiedenen Missionen, hat man ja auch so die Situation,dass passiert irgendwas Unerwartetes.Da fliegt irgendwas Richtung Saturn und dann nach fünf Jahren Flug merkt manso, oh, hier das Instrument, das funktioniert ja gar nicht.Jetzt haben wir hier mal so ein richtiges Problem.Irgendwas ist komplett falsch berechnet worden. Da gibt's ja dann sicherlichdurchgeschwitzte Wochenenden.Wie läuft da die Kommunikation ab in solchen Momenten? Also wenn sozusagen irgendwaskaputt geht, dann ist ja wahrscheinlich auch ORB in dem Moment gefragt und mussirgendwie auch schnell reagieren.Werden da so Task Forces gebildet? Gibt's dann hier so eine Feuerwehrstange,wo man runterrutscht in den Situation Room?
Charlotte Bewick
Also erst mal in der Vorentwicklung ist das zum Glück meistens nicht der Fall,weil wir eben noch konzeptionell arbeiten.Aber solche Sachen passieren auf jeden Fall. Also ein Beispiel,was mir eingefallen ist, da war ich natürlich nicht persönlich daran beteiligt,aber ich war dabei, ich habe das live mitbekommen, war als die Galileo -Satellitenin den falschen Orbit gelauncht wurden.Das war ein Riesenschock. Wir hatten eine Launchparty hier, wir waren alle zusammen,haben fröhlich Cocktails getrunken und alle geklatscht, als es hieß so,Launch erfolgreich und so weiter.Und dann fing es damit an, dass es hieß, der eine Solargenerator klappt nicht aus.Wie kann das sein? Und dann merkte man, die Stimmung wird ein bisschen komisch.Und ja, wirklich ein Thriller. Und das hing damit zusammen, dass die Raketenicht diesen Spin, den sie eigentlich haben sollte.Dadurch sind auf der einen Seite die Fuel Lines eingefroren und dadurch wurdedas Manöver nicht korrekt durchgeführt.Und das hat auch Auswirkungen auf den Satelliten gehabt, der auf der einen Seiteeingefroren war, sodass die Pyros dich zünden konnten.
Tim Pritlove
Also eingefroren, weil er nicht genug Sonne abgekriegt hat?
Charlotte Bewick
Genau, weil eigentlich müsste der in so einen Barbecue -Mode,das heißt, der dreht sich die ganze Zeit, so heißt das, wie auf einem Grill.Und das ist nicht passiert. Und dadurch ist die eine Seite warm geworden unddie andere aber eiskalt.Und das ging alles miteinander zusammen. Aber das erste, was wir mitgekriegthaben, war eben, der Solargenerator klappt nicht aus.Später konnte der dann ausklappen. Und der ganze Satellit war eben dann einfachnicht, die beiden Satelliten waren zwei auf einmal, waren nicht im korrektenOrbit, sondern in einem niedrigeren Orbit, der auch noch elliptisch war.Und das war sehr dramatisch. Da wurden dann sofort natürlich Leute von OHB zusammengerufen,was machen wir jetzt, wie können wir agieren?Und ich war nicht dabei, weil es wie gesagt nicht meine Mission war.Aber was ich ganz cool finde, ist, später konnte man durch diesen falschen Einschuss,bestimmte Effekte in der Relativitätstheorie zeigen, weil die haben ja diesehochgenauen atomaren Uhren dabei und sind immer näher und weiter weg von demErd -Anziehungskraft gekommen, konnten daher diese Zeitverzögerung durch dieGravitation nachweisen.Aber ja und die machen auch weiterhin Dienst, also die sind aber einfach infalschen Orbit gelandet.
Tim Pritlove
Also die werden nicht so die Lebensdauer haben, aber sie sind trotzdem verwendbar.
Charlotte Bewick
Und die sind nicht in der richtigen.Man hat dann zwar die ephemeris von diesen Satelliten und man kann das allesverwenden, was die produzieren, aber die Position der Satelliten ist ja so ausgewählt,dass die eine gute Abdeckung erzielen und dadurch, dass die dann nicht in demselben Orbit sind,können die nicht in dem Maße zur Abdeckung beitragen, wie sie das eigentlichsollten. So war das damals.Das ist so ein Beispiel, was mir so eingefallen ist. Es passieren auch viele,viele andere Sachen, auch gerade halt während der Entwicklung,wo es dann wirklich heißt, jetzt muss ganz schnell eine Lösung gefunden werden.
Tim Pritlove
Und dann ist man halt einfach dabei mit dem Team. Das heißt gerade bei Launcheskann ich mir vorstellen, ist hier immer richtig Alarm?
Charlotte Bewick
Ja, bei Launches ist es schon fast so, dass man sagt, okay, jetzt kann man auchnicht mehr viel ändern. Jetzt ist es halt so.Aber gerade in dem Bereich vorher, wo gebaut und getestet wird,wenn da irgendwas passiert, irgendwas geht kaputt beim Test und man muss esreparieren und so, da muss man ganz schnell arbeiten. Da sind dann häufig Leuteauch sofort angerufen und du musst losfliegen jetzt.Es gibt eine Situation. Aber da sind wir hier in der Vorentwicklung ausgenommen.Ein weiterer Vorteil von der Vorentwicklung.
Tim Pritlove
Da hat man die Ruhe, verstehe. Die Ruhe weg. Wir haben uns das alles nur ausgedacht,ihr müsst das dann ausbaden.
Charlotte Bewick
Ganz ruhig ist es nicht, aber wir haben zumindest nicht diese plötzlichen Notfälle.
Tim Pritlove
Jaja, es gibt ja so diese Apollo 13 Momente. Ich meine, mit bemannten Missionen,weißt nicht, bist du schon mal an einer bemannten Mission in irgendeiner Formbeteiligt gewesen? Gibt ja auch nicht so viele jetzt.
Charlotte Bewick
Ne, wir haben hier mal in der Vorentwicklung, arbeiten noch weiter als OHB andem Projekt ESPRI, das ist diese Mondbasis.Aber da war ich nicht dabei. Das lief in einer anderen Abteilung,nämlich in der Exploration Abteilung hier.
Tim Pritlove
Artemis hat glaube ich mit ORB nichts zu tun?
Charlotte Bewick
Ich glaube das hängt mit dem ASPRI Projekt auch zusammen.
Tim Pritlove
Okay, naja, aber das sind ja dann nochmal ganz andere Bedingungen.Ja, jetzt hast du ja schon mehrfach angedeutet, sowohl was deine eigene Arbeitbetrifft, eben als auch Anforderungen von Missionen generell,dass ja so ein großes Problem eben die Beendigung der Mission ist oder wie es so schön heißt,die, was war das, die Mission, nein, die,Also wie wird man das wieder los? Oder salopp formuliert der Müll,der im Weltraum so rumfliegt.Das Ziel ist ja schon seit längerer Zeit und ich hatte ja schon mehrere Folgenzum Thema Weltraumschrott, das Thema beschäftigt ja die ganze Szene schon seitJahrzehnten kann man fast sagen, aber insbesondere im letzten Jahrzehnt istja eine ganze Menge gemacht worden.ESA hat diese Space Situational Awareness Initiative gestartet,auch um einfach erstmal sozusagen einen Blick dafür zu haben,wo haben wir jetzt Probleme mit dem, was ist.Aber was jetzt den Bau von Satelliten betrifft, ist ja quasi nicht nur dieses,wie kommen wir da hin, wie kommen wir hoch, sondern wie können wir uns auchkorrekt so entsorgen, damit künftige Missionen nicht in Gefahr geraten.Inwiefern ist das jetzt ein wichtigeres Thema geworden?
Charlotte Bewick
Ja, also für mich ein wahnsinnig wichtiges Thema. Ich habe das schon seit meinemPhD, verfolge ich das eben.Als erstes Mal bin ich damit zu richtigen Kontakt gekommen 2008,als es diese Kollision gab.Cosmos Iridium, da war ich noch Studentin und das war die erste Satelliten -zu-Satelliten -Kollision im Orbit und das fand ich wow.
Tim Pritlove
Also das hat mich nachhaltig Also ein Satellit des Iridium -Systems von Motorola,damals das erste Kommunikationsnetzwerk für Satellitentelefonie.
Charlotte Bewick
Und das andere war ein alter oder ein ehemaliger, nicht mehr funktionierenderKosmos -Satellit, russischer.Und die sind halt richtig ineinander gerasselt und eine große Schrottwolke entstandund man konnte dann richtig nachverfolgen, wie die sich dann so ausgebreitethat und dort auch immer noch ist. Das war auch in einer Höhe,in der man sie nicht so schnell verschwindet.
Tim Pritlove
Wo ist das dann? So 400, 500?
Charlotte Bewick
Ne, 700.
Tim Pritlove
700 Kilometer.
Charlotte Bewick
Und die sieht man auch immer noch. Also jetzt in den Zahlen,wenn man sich die Entwicklung der Weltraumschrottumgebung anguckt, da gibt es einen Sprung.Das war dieses und dann 2009 nochmal diese absichtliche Zerstörung von einemchinesischen Satelliten, 800 Kilometer Höhe.Das ist jeweils ein Sprung in der Entwicklung und die pflanzt sich sofort.
Tim Pritlove
Haben die das eigentlich mittlerweile mal bereut, die Chinesen?Irgendwie nicht wirklich.
Charlotte Bewick
Ja, was heißt, also es gibt bestimmt einige Leute, die es furchtbar finden,aber es gab keine offizielle Entschuldigung dafür oder sowas,das kann man glaube ich auch lange warten.Das Ganze ist einfach, es ist einfach sehr problematisch und es macht mir auch große Sorgen.Ich versuche auch mal das zu erzählen, warum das für uns jetzt in der Wissenschaftso besonders problematisch ist, weil die Satelliten und die Instrumente,die wir bauen, die sind Die sind sehr teuer, die werden lange entwickelt, 20 Jahre oder so.Dann hat man ein Teleskop da oben.Das soll uns 20 Jahre wissenschaftliche Daten liefern.Das Risiko, dass das getroffen und zerstört wird, wird immer größer,je mehr diese Weltraumschrottumgebung wächst.Meine große Sorge ist, dass wir irgendwann wo hinkommen, wo es sich nicht mehrrechnet, so viel Geld zu investieren. Weil man sagt, dass die Wahrscheinlichkeit,dass das Ding innerhalb von ein paar Jahren zerstört wird, ist einfach zu hoch.Und das kann man dem Steuerzahler nicht zumuten, dafür Geld auszugeben.
Tim Pritlove
Bzw. selbst wenn es nicht getroffen wird, muss man ja die ganze Zeit ausweichen,dafür dann wieder Treibstoff verbrauchen, was ja dann die Emissionsdauer verkürzt.
Charlotte Bewick
Genau. Oder es könnte auch getroffen werden von kleinen Partikeln,die es zwar nicht zerstören, aber die einfach die Funktionalität stark beeinträchtigen.
Tim Pritlove
Solarpanele zerlöchern etc.
Charlotte Bewick
Genau. Oder auf die Optik oder sowas. Darum ist das für mich so wichtig,dieses Thema und seit ich bei UHB bin, begleitet es mich hier schon.Ich war erst in der Erdbeobachtung als Systemingenieurin und das war 2012,da bin ich zu UHB gekommen und das war das Jahr,in dem die ISO -Standard, ISO 24113 heißt das, das ist der Weltraumschrott -Mitigierungsstandard,Da sind die ganzen Anforderungen drin, wie in 25 Jahren soll man die orbiten und so.Der wurde durch die ECSS anwendbar für ESA -Missionen.Und das heißt, das war das erste Mal, dass wir wirklich so von Kundenseite standardmäßigfeste Anforderungen an die Weltraumschrott -Disposal hatten und da habe ichvon Anfang an dann immer in unseren Missionen, in den Vorstudien,da diese Weltraumschrott -Pläne erstellt und habe dann 2017, fünf Jahre später,16 oder 17 war das, habe ich dieses Weltraumschrott -Kompetenzzentrum gegründet,weil ich gemerkt habe, es gibt ganz viele Leute innerhalb der Firma in den verschiedenenAbteilungen sitzen, die alle irgendwas mit Weltraumschrott zu tun haben,aber die reden nicht miteinander.Da gibt es zum Beispiel in der Antriebsabteilung gibt es jemanden,der kümmert sich darum, dass Antriebe passiviert werden, also dass man am Endeden letzten Spritz rauslässt, damit es da keine Möglichkeit gibt, dass es explodiert.Oder dann gibt es jemanden in der Missionsanalyse, der berechnet Wiedereintrittsmanöver.Und dann gibt es uns hier in der Vorentwicklung und wir machen das Ganze fürdie neuen Satelliten, dass wir die so auslegen.Und die haben alle nicht miteinander so richtig geredet.Und darum dieses Kompetenzzentrum, wo man sich einmal im Monat austauscht,über die neuesten Entwicklungen spricht, auf technischer Ebene,aber auch auf programmatischer Ebene.Und das hat jetzt zuletzt richtig Fahrt aufgenommen, weil es jetzt innerhalbvon Europa viele Initiativen gibt, an dem Problem endlich was zu lösen.Und ich glaube ausschlaggebend dafür ist diese neue Entwicklung mit den Megakonstellationen.So neu ist jetzt auch nicht mehr, aber es gibt ja jetzt einfach tausende vonSatellitenlaunches pro Jahr.
Tim Pritlove
Also vor allem Starlink, aber nicht nur Starlink, aber das ist natürlich das bekannteste Beispiel.Tausende Arbeit, also wirklich bis in der Endausbaustufe glaube ich bis zu 40 .000.
Charlotte Bewick
Satelliten.
Tim Pritlove
Allein Starlink hat ja jetzt schon mehr Satelliten gelauncht,als insgesamt in der gesamten Geschichte der Weltraumfahrt vorher gelauncht wurden.Die waren natürlich viel kleiner, aber eben viele.
Charlotte Bewick
Ja, aber das Problem ist ja die Anzahl und nicht die Größe. Also die Größe istauch problematisch insofern, dass wenn ein großer Satellit explodiert oder getroffenwird, dann erzeugt er mehr Schrott.Aber die Wahrscheinlichkeit eine Kollision zu haben, wächst mit der Anzahl der Objekte.Starlink ist ein Beispiel, aber es gibt viele andere. Amazon hat auch eine eigeneKonstellation, es gibt auch Konstellationen aus allen Teilen der Welt,die jetzt entwickelt werden, chinesische Konstellationen und so weiter.Das ist nicht wirklich reguliert, das ist nicht wirklich geklärt, wie man das…,wie man das handhaben will. Ein großes Problem mit Konstellationen ist,die fliegen meistens in einem ähnlichen Orbit, also in einer gleichen orbitalen Schicht.Und wenn jetzt die Mission beendet wird und die nicht korrekt entsorgt werden,dann sind die so nah beieinander, dass eine Kollision ganz wahrscheinlich ist.Und wenn erstmal eine Kollision eingetreten ist, dann hat man diese Kettenreaktion,diesen Kessler -Effekt, wo dann ganz schnell die ganze orbitale Schicht vermüllt ist.Und ja, und da engagiere ich mich halt eben schon ziemlich lange für und mache das auch hier weiter.Und wir wollen, also als UHB ist es für uns eben total wichtig,weil das ist ja unser Kernfeld, sind ja diese großen, teuren,hochwertigen Satelliten.Und das sind eben genau die, die auch am meisten da zu verlieren haben.Wenn man Satelliten baut, die klein und günstig sind und in großer Masse zuproduzieren sind, dann ist es nicht so schlimm in Anführungsstrichen,wenn davon einer mal kaputt geht.Weil man hat ja noch viele andere oder im Notfall macht man halt einen neuen.Aber wenn man diese großen teuren Produkte anguckt, die konventionelle Raumfahrt,die Wissenschaftsmissionen, die haben am meisten zu verlieren.
Tim Pritlove
Wer nimmt an dem Kompetenzzentrum so alles teil? Ist das eher eine europäischeoder nur deutsche Geschichte oder ist das schon international?
Charlotte Bewick
Also das ist ein OHB, ein internes Kompetenzzentrum.Und wir haben aber Kontakte auch zu unseren anderen Partnern,also unseren Schwesterfirmen in anderen europäischen Ländern.Aber die regulären Teilnehmer sind alle von der OHB System und von der OHB DC,das ist Digital Connect.Die machen Bodensysteme und Operations.Aber wir arbeiten, das ist innerhalb der Firma, Da arbeiten wir daran,unsere Satelliten zu verbessern und Technologien zu entwickeln und so.Aber wir haben auch Kontakte und wir arbeiten eng zusammen mit der ESA,mit dem DLR, auch mit anderen Industrieunternehmen.Einmal über zum Beispiel Eurospace, das ist so eine Vereinigung von Industrieunternehmen,aber auch ganz besonders über das Clean Space Office der ESA.Das ist in ESA eine Initiative, wo es darum geht, die Raumfahrt nachhaltigerzu machen und die ganz viel im direkten Austausch mit der Industrie gehen,was ich richtig super finde und wo wir immer,wo wir schon ganz viele Fortschritte gemacht haben.Jetzt in diesem Jahr steht ganz oben auf der Agenda die sogenannte Zero DebrisCharter, das ist ein politisches Dokument,wo sich Industrie und ESA und verschiedene nationale Weltraumorganisationen wie DLR zum Beispiel.Zusammenschließen und gemeinsam einen Plan, einen groben Plan entwickeln, wo wir 2030 sein wollen.Was zum Beispiel die Zuverlässigkeit von Satelliten im Wiedereintritt angeht und so weiter.
Tim Pritlove
Was ist denn bisher schon so erzielt worden an Fortschritten?Wir haben vielleicht mal ein paar Jahre zurück geblättert. Was ist jetzt besseran den Satelliten, was ist geändert worden, um diese ganzen Zielsetzungen dannauch zu erfüllen und diese Wünsche umzusetzen?
Charlotte Bewick
Also in unseren Satelliten sind wir compliant, also erfüllen wir diese Mitigationsvorschriften,das heißt, die werden immer so ausgelegt, dass sie am Ende der operationellen Lebensdauer,entweder kontrolliert einen Wiedereintritt durchführen oder einen passiven Wiedereintrittmachen und davor sich passivieren.Und dass man die Wahrscheinlichkeit einer Explosion oder so minimiert,dass die Ausweichmanöver fliegen.Also ganz viele Sachen sind einfach jetzt im Design standardmäßig dabei.Was man noch nicht so richtig sehen kann, ist, was für Auswirkungen das hat,weil die Satelliten, die jetzt fliegen und vor allem die jetzt in ihr End -of-Life gehen, die sind häufig von der Zeit, bevor es diese Standards gab.Und wenn man sich das anschaut, sieht man, es sind nur ganz wenige Satelliten,die wirklich einen Wiedereintritt machen oder ein wirkliches End -of -Life -Betrieb durchführen.
Tim Pritlove
Das heißt, es geht jetzt eigentlich erst langsam los.
Charlotte Bewick
Ich glaube, die Früchte zeigen sich erst jetzt so langsam. Und das ist haltso, wenn ich jetzt anfange, einen Satelliten zu entwerfen, dann wird der vielleicht 2029 gelauncht.Und dann hat er sein End -of -Life vielleicht 2038.Und das heißt also 15 Jahre.
Tim Pritlove
Aber irgendwas wird auch schon mal runtergekommen sein, was schon so halbwegs modern gedacht war.
Charlotte Bewick
Ja klar, also es gab schon Wiedereintritte, die gezielt waren.Es gab auch schon passive Wiedereintritte, aber einfach die Compliance -Rate ist so niedrig.Es gibt einfach viel zu viele Satelliten, die dort oben am Ende des Lebens einfachnur das Licht ausmachen und da oben bleiben statt sich zu entfernen.Aber ich glaube halt in vielen Fällen, weil sie eben aus einer Zeit stammen,wo das noch nicht mit eingebaut wurde in das System.Und das andere, was sich gerade tut, was total eine krasse Entwicklung ist,wo ich auch echt überrascht bin, dass das jetzt kommt, weil es immer hieß,kommerziell kriegt man das nicht hin, also es gibt einfach nicht genug Budgetdafür ist, dass man eine Debris -Removal -Mission macht.Das ist ja hier Clear Space One und auch Astroscale, eine Firma aus Japan undGroßbritannien, macht jetzt einen echten Demonstrator von einer Mission,die da hochfliegt und sich eine alte,Raketenoberstufe schnappt und aus dem Orbit entfernt.
Tim Pritlove
Das ist jetzt erstmal so eine Technologiedemonstration.Gibt es da eine Technologie, die sich da abzeichnet?Ich hatte ja schon mehrfach das Thema, einerseits die Weltraumschrott Sendung,da haben wir natürlich darüber gesprochen, vor allem über das Problem selber,dass wir über Robotik gesprochen haben.Dann kam es auch schon zu Überlegungen für automatische Andockungen.Jedes Raumfahrzeug hat ja in der Regel zum Beispiel eine Antriebsdüse.Da könnte man ja vielleicht von hinten sich einklinken.Mit Netzen wird experimentiert. Zeichnet sich schon irgendeine Technologie ab,wo alle meinen, das könnte am besten funktionieren, das ist vielleicht der ökonomischsteAnsatz oder ist das noch ein sehr breites Feld, wo eigentlich alles mal ausprobiertwerden muss, wie es funktionieren könnte mit der Müllabfuhr?
Charlotte Bewick
Also ich glaube am vielversprechendsten ist dieses feste Docking,also wo man wirklich hinfliegt und zum Beispiel mit der Düse sich verbindetoder mit dem Launch Vehicle Adapter, also dem Ring, mit dem man vorher schonauf dem Launcher befestigt war, weil das ist natürlich fest auch an der Struktur befestigt.
Tim Pritlove
Und der ist auch halbwegs standardisiert.
Charlotte Bewick
Genau, der ist auch standardisiert. Aber was wir auch haben,ist, dass wir mit den neuen Satelliten so Docking -Stations einbauen,sodass die schon richtig so einen Greifpunkt haben und so ein kleines Schild,was man dafür benutzen kann,um mit einem visuellen Sensor zu erkennen, in welcher Lage befindet sich derSatellit gerade, wie dreht er sich.
Tim Pritlove
So ein QR -Code sozusagen.
Charlotte Bewick
Ja, so ein bisschen so, genau, und das wird jetzt mit eingebaut,sodass man, falls der Satellit es nicht schaffen sollte, aus eigener Kraft denWiedereintritt zu machen, dassman die Option hat, ein möglichst einfaches Dockinginterface zu haben.
Tim Pritlove
Aber das ist natürlich das eigentliche Ziel, dass so eine Rettungsmission garnicht erst erforderlich ist.Trotzdem kann ich mir vorstellen, dass der Bedarf für diese Müllabfuhr steigt.Weil ich meine da müssen ja eigentlich auch die Unternehmen selber ein Interesse dran haben.Also gerade als wir Starlink angesprochen haben, ich meine das ist natürlich für die in dem Moment,wo einer ihrer Satelliten da rogue läuft und irgendwie alles so kegelmäßig wegballert,kann er ja auch mal schnell den Tod des ganzen, vielleicht nicht des ganzen,aber zumindest signifikanter Teile des Netzes bedeuten.Bis hin zur Gefährdung des Weiterbetriebs an sich, weil wenn erstmal genug rumfliegt,dann muss man unter Umständen den ganzen Orbit ja aufgeben und später dann vielleichtauch noch andere orbitale Lagen.Beteiligen die sich da? Gibt es da Innovationen?
Charlotte Bewick
Also für Betreiber von einer festen Konstellation ist es vielleicht so,dass man tatsächlich sagt, okay, ihr habt ein Interesse daran,den Satelliten zu entfernen.Aber man muss leider sagen, in den allermeisten Fällen ist der Betreiber nichtderjenige, der direkt betroffen ist von den Folgen.Es kann sein, aber erst mal ist das einfach nur eine Umweltverschmutzung in dem Sinne.Und das muss meiner Meinung nach, das muss viel strenger reguliert werden,dass man wirklich dafür aufkommen muss. Wir haben jetzt bei der Zero -Debris-Charta darüber gesprochen, dass wir mit 99 -prozentiger Wahrscheinlichkeiteigentlich wollen, dass die Satelliten nicht im Orbit verbleiben.Und das ist eigentlich nur möglich, indem man Vorkehrungen trifft,dass man im Falle eines Ausfalls eben so einen Rettungsdienst nutzt.Anders weiß ich nicht, wie man eine 99 -prozentige Wahrscheinlichkeit erreichensoll, weil es eben immer was gibt, was ausfallen kann.Oder man muss den Satelliten so designen, dass er alle Systeme dreimal oderso dabei hat, was ja dann auch wirklich teuer wird.
Tim Pritlove
Ja.Normalerweise so im industriellen Bereich, Kraftwerke etc.Macht man das ja mit so einem Fonds, wo man sozusagen sagt,okay ihr wollt in diesem Milieu wirtschaftlich unterwegs sein,könnt ihr das schön machen,aber wenn ihr hier eine Lizenz haben wollt, dann müsst ihr irgendwie so undso viel Prozent von eurem Umsatz in so einen Topf geben und wenn halt mal wirklichwas schief geht, dann haben wir zumindest Kohle, um das irgendwie regeln zu können.Zeichnet sich das ab, dass sowas kommt?
Charlotte Bewick
Also die Idee gibt es, aber das Problem ist, wie setzt man das um?Bei einem Kraftwerk hat man ein festes Land, in dem soll das Kraftwerk dannstehen und da gibt es halt eine klare legislative Hoheit.Und das gibt es im Weltraum eben nicht und man müsste sich dann schon wirklichinternational einig werden.Wenn einige Länder anfangen würden, das alleine zu machen, kann das halt aucheinfach eine Abwanderung von Industrie bedeuten.
Tim Pritlove
So nach dem Motto, wenn das hier zu teuer wird, dann launchen wir halt woanders. Ja, genau.
Charlotte Bewick
Eine Idee, die schon mal besprochen wurde, war, dass man vielleicht das auchmit den Servicen verbinden sollte.Also nicht so sehr guckt, wo wird der gelauncht oder wo wird er betrieben,sondern wo dürfen die ihre Services verkaufen.Wenn man einen Satelliten hat, der zum Beispiel Internet anbietet,aber keine korrekten Vorkehrungen für End of Life hat, dann darf der vielleichtsein Internet nicht in Europa vertreiben. Nur so als Idee.
Tim Pritlove
Ja, okay, good point.Das könnte ein interessanter Hebel sein natürlich und Tracking Station,solche Netzwerke nutzen zu können, ist natürlich auch in gewisser Hinsicht einPrivileg, könnte ich mir vorstellen.
Charlotte Bewick
Ja das stimmt, genau. Also Bodenstationsnetzwerke und so.Obwohl gerade die Konstellationen, die haben eigentlich Inter -Satellite -Link,also da braucht man dann nur noch eine Bodenstation und die Informationen werdendann von Satellit zu Satellit weitergegeben.
Tim Pritlove
Beziehungsweise sie haben halt überhaupt ihre eigene Infrastruktur auf dem Boden.Ja, alles nicht so einfach. Aber du bist da optimistisch, dass sich da was tut?
Charlotte Bewick
Ja, also irgendwas muss sich tun.Ich weiß nicht, ob ich das unbedingt als optimistisch bezeichnen würde.Was ich gut finde, ist, man hat das Gefühl, im Moment ist wirklich Impuls dahinter.Wir merken von vielen Seiten, es gibt Interesse, die deutsche Raumfahrtstrategienimmt speziell auf Nachhaltigkeit Bezug.Wir haben von der EU, hören wir jetzt, dass es im EU Space Law Nachhaltigkeitmit berücksichtigt werden soll.Dann haben wir wie gesagt dieser Zero Debris Charter, wo wir,was auch wirklich außergewöhnlich ist, dass wir da mit Industrie übergreifend,mit unseren Wettbewerbern, mit unseren Kunden alle zusammen unterzeichnen wollen,dass wir uns hier an bestimmte Maßstäbe halten wollen.Und eben ist es auch Geld da, um solche Entwicklungen zu finanzieren.Was früher wirklich in Frage stand, wo wir gesagt haben, das wird nie kommen,so eine Mission, weil es gibt einfach niemanden, der bereit ist,so viel Geld dafür zu bezahlen, einen Satelliten aus dem Orbit zu entfernen.Und jetzt passiert es doch.Und es gibt eben auch Geld da, um Technologien zu entwickeln,die wir brauchen. Sprich dieses Das Design vor dem Mais, was ich eben angesprochen hatte.
Tim Pritlove
Wann kommt diese Testmission an den Start, die nächste?
Charlotte Bewick
Ich glaube, es sollte 2026 soweit sein, wenn ich mich richtig erinnere. Also nicht mehr lange.
Tim Pritlove
Okay, nicht mehr lange, aber halt so nicht mehr lange in Raumfahrtsgrößenordnung.
Charlotte Bewick
Ja, voll bald in Raumfahrtsgrößenordnung.
Tim Pritlove
Das ist ja quasi morgen schon.
Charlotte Bewick
Ja, das stimmt.
Tim Pritlove
Ja, man muss ja hier wirklich einen langen Atem haben. Du hast EU -Space -Lawangesprochen, das heißt es soll auf der Ebene der Europäischen Union einen Weltraum...Gesetzgebung erarbeitet werden, die dann das Potenzial hat, als Vorlage fürdie internationalen Verhandlungen zu dienen oder wie sehe ich das?
Charlotte Bewick
Also ich bin gar keine Expertin, was diese EU -Machenschaften angeht und ichfinde es auch immer super komplex, aber wie ich es verstehe,ist, dass die EU eine Art Vorschlag dann macht und die Nationalstaaten das inihre eigene Gesetzgebung übernehmen können,aber genau, das ist, ich bin Ingenieurin.
Tim Pritlove
Ja, ist mir schon klar. Aber interessanter Hinweis hatte ich jetzt noch garnicht so auf dem Zeiger. Ich habe mich ja schon mal über Weltraumrecht unterhalten,das ist aber schon eine Weile her.Wobei auch damals war schon klar, dass es einfach sehr schwierig ist die Interessenunterschiedlicher Staaten hier unter einen Hut zu bringen.Und wenn man sich halt vor allem die Ambitionen der Russen in den letzten Jahrenanschaut, könnte es ein bisschen schwierig werden da auf einen gemeinsamen Nenner zu kommen.China ist ja auch generell noch so ein bisschen ausgeklingt,aber wäre natürlich schon mal ganz gut, wenn es hier zumindest mal sinnvolle Vorschläge gibt.
Charlotte Bewick
Aber ich finde auch, das ist für mich auch immer so ein Punkt,ich vergleiche das ganz gerne so mit der Klimawandel -Problematik.Man kann nicht immer nur sagen, aber die Russen, aber die Chinesen machen esdoch auch, weil dann kommt man nie weiter.Wir müssen als Industrienation, müssen wir auch eine Vorbildfunktion erfüllenund das gilt jetzt auch für den Weltraumschrott, aber halt ganz besonders mit dem Klimawandel.Und wenn man sich anschaut, was fliegt denn da oben eigentlich rum?Ja klar, es gibt viel russischen Schrott, aber es gibt auch ganz,ganz viel Schrott aus Amerika und auch einiges aus Europa.Und die aufstrebenden Nationen im Bereich Raumfahrt, die jetzt anfangen,die gucken ja auch, wie verhalten sich die Player?Und wenn wir jetzt sagen, na ja, okay, wir haben keinen richtigen Grund,da jetzt wirklich was zu machen, weil es halten sich ja sowieso nicht alle dran,Dann ist es ja kein Wunder, dass eine neue Raumfahrtnation, sagen wir mal Nigeria oder so,dann auch nicht sagt, okay, wir machen jetzt aber sehr, sehr nachhaltige Raumfahrt.Ich meine, toll, wenn sie es tun, aber ja, ich finde, da ist es schon sehr,sehr wichtig, dass gerade als eine Nation, die schon sehr viel entwickelt hatund die auch schon viel genutzt hat im Orbit und davon auch schon viel profitierthat, dass man eben den Weg weist.
Tim Pritlove
Mh.Ja, also ich glaube da haben alle so ein bisschen Dreck am Stecken,weil das Thema einfach lange Zeit vernachlässigt wurde.Ich frage mich eigentlich immer, warum eigentlich? Also hat man irgendwie langeZeit gedacht, das könnte nicht wirklich ein Problem sein?Oder sind da einfach nur die frühen Rufe nie erhört worden aus Kostengründen?Oder war einfach das Wachstum dann schneller, als alle damit gerechnet haben?
Charlotte Bewick
Beides. Also einmal hat man lange Zeit nicht geglaubt, dass es ein wirklichesProblem gibt, obwohl der Donald Kessler das ja schon in den 70er Jahren prognostiziert hat.Aber das sind natürlich auch immer dieser Kommunikationsunterschied zwischenden Wissenschaftlern und den Leuten, die dann Satelliten tatsächlich auch inAuftrag geben, was früher ganz oft auch das Militär einfach war.Und dann zum Beispiel diese Antisatellitentests, da ist man sich ja eigentlicheinig, dass das Quatsch ist, aber trotzdem wurde das weitergemacht.Der letzte ist jetzt auch erst ein paar Jahre her, wo eben Satelliten wirklichim Orbit zerstört werden, um zu demonstrieren, wir können das.Die Leute, die das entscheiden, die haben bestimmt nicht schlaflose Nächte wegen Weltraumschrott.Das sind einfach ganz andere Interessen, die da zusammenkommen.Und das andere ist diese Entwicklung mit den Megakonstellationen,das hat viele überrascht.Das ändert alles in der Weltraumindustrie, das hatten wir, also ich hatte dasso nicht auf dem Schirm und bis vor ein paar Jahren eben. Und dann plötzlich ging das los.Und wir haben gesehen, es geht nicht nur darum, dass hier ein paar UniversitätenCubeSats machen, sondern es geht darum, dass wirklich im ganz großen,im kommerziellen Stil zehntausende von Satelliten in den Orbit geschossen werden.Und nicht nur von einer Firma, sondern von vielen, die das machen wollen.Einige, die es jetzt auch schon machen und noch viel, viel mehr, die es planen zu machen.Und dann ändert es einfach alles. Wenn man sich die Wenn man sich die Diagrammeanschaut, es gibt so ein paar Diagramme, die wirklich augenöffnend sind,wo man sieht, seit den 60er -Jahren, wie viele Launchs gab es und wie vielegab es in den letzten beiden Jahren.Und das sind einfach ein Balkendiagramm, wo es in den Himmel reißt auf einmal.Und dann, wenn man das dann noch vergrößert in die Zukunft und guckt,wie viele sind jetzt schon angekündigt, da ist eine ganz klare Schnittstelleim Jahr 2020 ungefähr oder 2019. sind.Und da ist der große Umbruch und wir haben viel, viel, viel mehr Launches jetzt,als wir es jemals zuvor hatten.
Tim Pritlove
Es gibt ja ein paar richtige Klopper. Also vor allem sind ja früher,also der Trend zu kleineren Satelliten ist ja in gewisser Hinsicht auch gut,auch wenn es jetzt so viele sind.Früher hat man ja noch ein anderes Modell gehabt und es gibt ja einige große Satelliten.Ich glaube so ein 6 Tonnen Teil InchelSat, der da verendet ist.Und der Envisat auch noch natürlich. Also der ist ja noch schwerer,irgendwie über 8 Tonnen. Also wirklich so ein VW -Bus im Weltall.Die so ein bisschen unkontrolliert da rumliegen. Es wären ja eigentlich,sagen wir mal, sehr dankenswerte Ziele für so eine Rettungsmission.Aber man kann wahrscheinlich an diese dicken Dinger, also ist es schwerer?Oder eigentlich das gleiche wie bei so einem kleinen?Ich meine so ein kleiner ist vielleicht schwerer einzufangen und letztlich soviel Energie brauchen wir ja gar nicht, um die Dinger auf einen anderen Orbit zu bringen, oder?
Charlotte Bewick
Ja, also erst mal die großen Teile. Also es gibt so eine Art Hitliste,so eine Art Most Wanted List von Objekten,wo man sehen kann, welche muss man auf jeden Fall einfangen und das hat damitzu tun, was ist die Wahrscheinlichkeit, dass die mal explodieren oder zerstörtwerden und was ist der schwere Grad von den Folgen von so einer Explosion.Und da steht Envisa zum Beispiel ganz oben, weil es eben in einem Orbit,er ist in einem Orbit 800 Kilometer, wo der ganz wichtig ist für die Erdbeobachtung,der aber so weit oben ist, dass man kaum noch Restatmosphäre hat.
Tim Pritlove
Also wenn es dann… Da bremst nichts ab.
Charlotte Bewick
Da bremst nichts mehr ab. Der bleibt dann tausende von Jahren dort.Und die Wahrscheinlichkeit, dass er mal explodiert, durch eine Kollision zerstörtwird, ist extrem hoch, weil er eben von alleine kaum runterkommt,in Hunderten von Jahren nicht.Aber es gibt auch andere Satelliten, die da weit oben stehen,die zum Beispiel volatile Antriebssysteme dabei haben, wo man weiß,früher oder später explodieren die.Und der Grund, warum man sich nicht als allererstes Envisat schnappt,ist, Envisat ist wie gesagt ein Acht -Tonnen -Klopper und wenn man den nichtauf eine ganz gezielte Wiedereintrittsbahn auf die Erde befördert,sondern wenn da irgendwas schieflaufen würde,dann würde der sehr, sehr viele Komponenten,die den Wiedereintritt überleben, auf der Erdoberfläche zerstreuen mit hoher Geschwindigkeit.Das kann also sehr gefährlich werden für Menschen, für Tiere,für Einrichtungen, für Infrastruktur auf dem Boden.
Tim Pritlove
Also den muss man auf einer sehr klugen Trajektorie direkt in den Pazifik führen sozusagen.
Charlotte Bewick
Da muss man erstmal demonstriert haben, dass man das kann und dass man das auchwirklich sicher kann, bevor sich das irgendjemand traut.
Tim Pritlove
Okay, aber eigentlich ist das schon so Target Nummer eins. Das wäre super,wenn man dem mal los wird.
Charlotte Bewick
Für Europa ist es das, weil es ist ein europäischer Satellit.Das heißt wir wissen, wir können da ran, ohne dass irgendjemand ein Problem damit hat.Es gibt viele andere Satelliten, die auch große Probleme verursachen,wo das rechtlich nicht so einfach ist, wo die einfach nicht europäisches Eigentum sind.
Tim Pritlove
Genau, wie zum Beispiel dieser Intelsat, der auch so ein Riesending ist.Wie sieht das aus mit den geostationären Orbits, weil ich meine,die Low, oder Low, ich weiß nicht, bis zu 800 Kilometer, wie nennt man dannden Orbit noch, das ist ja nicht mehr Low. Also sagen wir mal so die Erdnaheit.
Charlotte Bewick
Ne Low, Leo ist bis 2000 Kilometer höher.
Tim Pritlove
Also in diesem Leo Bereich, also da wo man eine realistische Chance hat mitüberschaubarem Energieaufwand die Dinge auch wieder nach unten zu zwingen,weil eigentlich bringt die ja nichts aus der Ruhe.Die fliegen da einfach ihre Bahn und folgen einfach Einstein um die Erde herum,das heißt man muss da einfach gegendrücken, um die sozusagen wieder so ein bisschenwie eine Gummiente unter Wasser zu halten.Und dann gibt es aber noch diesen geostationären Orbit, da ist ja die Chance,die wieder zurück zu bekommen, kann man irgendwie komplett vergessen und dieheutige Strategie sieht ja so aus, dass die dann einfach ein bisschen weiterrausgeschoben werden, aber im Prinzip ja da auch bleiben.
Charlotte Bewick
Genau, beim GEO das ist ein ganz spezieller Orbit, weil das ist ja nur ein Orbit.Also beim LEO haben wir ganz viele verschiedene Orbits, hohe Inklination,niedrige Inklination, die so kreuz und quer durcheinander flitzen.Das ist ganz chaotisch. Im Geo ist es so, die sind alle ungefähr äquatorialund die gehen alle in die selbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit,weil die alle diesen 24 Stunden Umlauf haben wollen, wo sie immer über einen Punkt der Erde stehen.
Tim Pritlove
Ein Perlenkettchen einmal die ganze Erde herum.
Charlotte Bewick
Und wenn jetzt einer davon anfängt nicht mehr zu funktionieren und anfängt abzudriften,dann hat der nur eine ganz geringe relative Geschwindigkeit zu den anderen,weil der geht dann ein bisschen niedriger und dann.Im Verhältnis zu den anderen bewegt er sich dann so ganz leise ein bisschenrückwärts oder ein bisschen vorwärts, je nachdem und die Kollisionsrisiken dortsind erstmal ein bisschen in der Hinsicht geringer, dass die relative Geschwindigkeit geringer ist.Das ist wichtig zu berücksichtigen, weil wenn man zwei polare Satelliten imLeo hat, die sich begegnen, möglichst noch frontal, dann kann man hier siebenKilometer pro Sekunde, da sieben Kilometer pro Sekunde, 14 Kilometer pro Sekundezusammenprallen haben.Im Geo bewegt man sich mit dreieinhalb Kilometer pro Sekunde,also schon mal langsamer und dann eben halt relativ.Und dann hat man vielleicht so was ein paar hundert Meter pro Sekunde Relativgeschwindigkeit,eine ganz andere Nummer.Und dann, dadurch, dass das nur ein Donut ist, in dem sich der Geo befindet,kann man eben auf diesen Graveyarding -Orbit gehen,der einige hundert Kilometer höher ist und der dann auch prognostiziert erstmalkeine Überschneidungen mehr mit dem Geo hat.Und das ist eine ganz gute Methode, die Geosatelliten zu entsorgen.Und ich glaube, da bleibt man auch bei, weil die in den Wiedereintritt zu zwingen, ist sehr komplex,kostet sehr viel Treibstoff und birgt auch gewisse Risiken, weil die sind sehrgroß und man muss halt schon genau zielen, wenn man von 36 .000 Kilometer Entfernunggenau einen kleinen Fleck im Pazifischen Ozean treffen möchte.Und was wir aber besonders interessant finden, oder was ich auch besonders interessantfinde, ist dieses On -Orbit -Servicing,also dass man Satelliten baut, die zu Geosatelliten hinfliegen und die wiederfit machen, wenn da irgendwas ausgefallen ist, versucht das zu reparieren, also quasi Drohnen,Reparatur -Drohnen, die dort im Orbit die Satelliten wieder ansatzfähig machenoder wenn Hopfen und Malz verloren ist, die abschleppen und dann eben nichtzum Boden abschleppen, sondern in den Graveyard bringen.
Tim Pritlove
Also ich höre schon eine gewisse Hoffnung raus, dass diese Reparaturmissionendemnächst ein richtiges Thema werden.
Charlotte Bewick
Ja, also es gab ja schon einen erfolgreichen Einsatz von einer Reparaturmissionim Orbit, im Geo. Nicht von uns, aber es gab es.Und ich glaube, das wird immer wichtiger werden, auch unter Aspekten der Nachhaltigkeit.Ganz viel von dem Material, was wir da hochschicken, das wird im Moment einfachungenutzt, verbrannt oder entsorgt oder in den Graveyard gebracht.Aber wenn ich mir vorstelle, was machen wir in 20, 30 oder 40 Jahren?Das ist ja viel, viel Zeit und viel Entwicklung, die da weitergeht.Ich kann mir kaum vorstellen, dass wir weiter so mit dem Material umgehen,was wir teuer in den Orbit befördert haben.Darauf hinauslaufen, dass man im Orbit anfängt, die Sachen weiterzuverwenden,wiederzuverwenden, reuse, recycle, etc.
Tim Pritlove
Oder eben auch eine Art der Rückführung vielleicht erfindet,die auch eine Wiedernutzung der Materialien beinhaltet.Weil ich meine, oft sind ja auch sehr seltene Stoffe in diesen komplexen Instrumenten,die jetzt nicht so üppig vielleicht vorhanden sind. und vielleicht noch,aber irgendwann vielleicht auch nicht mehr.Es ist ja generell nicht einfach etwas zurückzuführen. Also wir reden ja immervon, okay der Orbit muss frei sein, aber am Ende bedeutet das ja dann meistens,dass das meiste verglüht.Dann ist es ja auch erstmal gleichförmig über den Pazifik verstreut und vondaher auch nicht so ohne weiteres wieder nutzbar.Gibt es denn eigentlich technologisch in irgendeiner Form neue Ansätze,dass diese Ateliten auch bewusst überleben und in irgendeiner Form bergbar sind?Oder ist das dann zu viel des Guten?
Charlotte Bewick
Also meiner ist Wissensnach nicht. Aber ich glaube auch das Wertvollste im Momentan den Materialien ist nicht das Material, sondern dass sie im Orbit sind.Weil wir bezahlen ja 50 .000 Euro oder so für ein Kilogramm Launchmasse unddas ist ein Kilogramm Aluminium, das ist jetzt schon im Orbit.Da muss ich nicht nochmal 50 .000 Euro für bezahlen. Ich müsste eigentlich nurhinkommen, das bergen, das in ein Aluminiumgranulat umwandeln und daraus neuen Satelliten drucken.Also ich rede jetzt mal von 20, 30 Jahren, aber technologisch ist das keineMagie, so was müsste machbar sein und ich glaube eben, oder eben Komponenten,die man nimmt und repariert und wiederverwendet.Das ist jetzt nichts, was in den nächsten paar Jahren kommen wird,aber ich glaube, das ist einfach etwas, was unweigerlich kommt,weil es eben im Moment eine ganz große Verschwendung ist von dem,was wir alles schon drumherum haben.
Tim Pritlove
Aber ist nicht eigentlich die Laufzeit vor allem auch einfach nur durch einenMangel an Treibstoff definiert?Also oft funktionieren die Dinger ja dann eigentlich auch noch ganz gut,aber ihnen ist halt einfach der Treibstoff ausgegangen.So Refueling, dass man einfach da mal so einen Weltraumtanklastwagen durch dieGegend schickt, das müsste ja eigentlich auch eine Option sein.
Charlotte Bewick
Klar, das ist auch ein Teil von diesem On -Orbit -Servicing.Wir arbeiten auch gerade an einem ganz spannenden Projekt für ESPRI,für diese Mondstation mit dem Xenon -Refueling, wo man Xenon -Gas neu einbaut,damit man eben diese Raumstation weiterverwenden kann.Aber auch ganz normales Hydrazine -Refueling und so ist Teil von diesem On -Orbit -Servicing.Aber es ist nicht nur das. Die Satelliten haben ja alle Komponenten dabei unddiese Komponenten sind auf eine bestimmte Lebensdauer ausgelegt.Und im All sind nochmal erschwerte Bedingungen. Man hat da höhere Strahlungslastenund so weiter. Und es ist einfach so, nach einer Weile gehen die Dinger kaputt.So oder so. Oder auch Sachen, die sich bewegen, Mechanismen oder wir hattenvorhin die Schwungenräder oder so.Die sind für eine gewisse Anzahl von Zyklen ausgelegt und irgendwann gehen die kaputt.Aber wie gesagt, vielleicht kann man sie ja auch reparieren,vielleicht kann man ja was machen oder sie ausbauen und umbauen oder neu verwenden.
Tim Pritlove
Das würde aber natürlich auch einen höheren Grad an Modularisierung,Standardisierung, Schnittstellen etc.Dass man da einfach mal neue Solarpanele ranschraubt oder so.Das sind ja alles komplexe, delikate Verbindungen heutzutage,die sich nicht so ohne weiteres und schon gar nicht durch einen Roboter im Weltallso ohne weiteres auflösen lassen. Aber da könnte es ja hingehen.
Charlotte Bewick
Da könnte es ja hingehen, genau.
Tim Pritlove
Könnte es ja hingehen. The future is still bright.Ja Charlotte, ich sag mal vielen Dank. Ich denke jetzt haben wir hier einenÜberblick gewonnen oder gibt es noch irgendetwas, was du uns mit auf den Weggeben möchtest, was wir noch nicht so angesprochen haben?
Charlotte Bewick
Ne, ne, das hat mir total viel Spaß gemacht. Wir sind ja wirklich durch alleseinmal durchgegangen, was ich hier so mache. Sehr schön. Ich fand's sehr schön.
Tim Pritlove
Vorrang. Gut, dann vielen Dank.Und ja, vielen Dank für's Zuhören, das war's von mir von Raumzeit.Ihr wisst, bald geht's wieder weiter. Bis dahin sage ich Tschüss und bis bald.

Shownotes

RZ114 CERN: CMS

Aufbau, Funktion und Aufgabe des CMS-Detektors am CERN

Der CMS (Compact Muon Solenoid) ist einer der beiden Detektoren, die gemeinsam den Nachweis des Higgs-Bosons ermöglicht haben und ist eine dieser gigantischen Strukturen 100m unter der Erde am CERN and dem die vom LHC beschleunigten Teilchen untersucht werden.

Dauer:
Aufnahme:

Wolfgang Adam
Wolfgang Adam

Wir sprechen mit Wolfgang Adam, dem stellvertretendem Sprecher CMS-Kollaboration, über die Planung, Bauphase und Design des Detektors, die Funktionsweise und Aufgaben der einzelnen Detektionsschichten und welchen Beitrag CMS zum Nachweis des Higgs-Bosons geleistet hat.


Für diese Episode von Raumzeit liegt auch ein vollständiges Transkript mit Zeitmarken und Sprecheridentifikation vor.

Bitte beachten: das Transkript wurde automatisiert erzeugt und wurde nicht nachträglich gegengelesen oder korrigiert. Dieser Prozess ist nicht sonderlich genau und das Ergebnis enthält daher mit Sicherheit eine Reihe von Fehlern. Im Zweifel gilt immer das in der Sendung aufgezeichnete gesprochene Wort. Formate: HTML, WEBVTT.


Transkript
Tim Pritlove
Hallo und herzlich Willkommen zu Raumzeit, dem Podcast über Raumfahrt und andere.Kosmische Angelegenheiten.Mein Name ist Tim Frithloff und ich begrüße alle hier zu Nummer 114 von Raumzeit.Und ja, wie ihr schon gemerkt haben dürftet, gibt es ja hier eine ganze Serievon Podcasts hier am CERN in Genf, wo wir mal aufschlüsseln wollen,was denn hier eigentlich alles so installiert ist, warum und wie es funktioniert.Und nachdem wir jetzt schon ein wenig über die Geschichte des CERNs gelernthaben und auch so die Grundlagen der ganzen Physik,die hier erforscht wird,angerissen haben, uns auch schon den ersten Detektor angeschaut haben mit ALICE,wollen wir heute mal so ein bisschen auf den Kern der Kernforschung hier kommenund uns in einer Reihe von zwei Sendungen die Hauptdetektoren des LHC,des Large Hadron Collider, anschauen, mit denen so der Großteil der Experimente durchgeführt wird.Und fangen wir an mit dem CMS-Detektor, dem Compact Muon Solenoid, Toller Name, Detektor.Ja und um darüber Auskunft zu erhalten, begrüße ich meinen Gesprächspartner,nämlich Wolfgang Adam. Hallo Wolfgang.
Wolfgang Adam
Hallo.
Tim Pritlove
Herzlich willkommen bei Raumzeit. Du bist Senior Research Associate für CMSAnalyse und CMS Tracking und stellvertretender Sprecher.
Wolfgang Adam
Genau, ich arbeite für das Institut für Hochenergiephysik der ÖsterreichischenAkademie der Wissenschaften in Wien und habe eben gleichzeitig auch Funktionenin der Kollaboration, die das CMS-Experiment betreibt.
Tim Pritlove
Ja und wie bist du dazu gekommen mit der ganzen Wissenschaft?War das irgendwie schon ein Kindheitstraum?
Wolfgang Adam
Naja ich hatte mich früher für Mathematik,Technik, Physik interessiert und habe dann ein Studium der Physik an der TechnischenUniversität in Wien begonnen und als es Richtung Diplom ging,hatten wir einen Professor für Theoretische Physik,der gleichzeitig zu dieser Zeit Präsident des CERN Councils war,das heißt der Vertretung an der CERN-Mitgliedsstaaten, die die strategischeAusrichtung des CERN sozusagen definieren.Und er hat uns eben diese Art von Physik näher gebracht und von den Herausforderungengesprochen, die es hier gibt.Und das hat mich natürlich interessiert habe mich dann für meine Diplomarbeitbeworben beim Institut für Hochenergiephysik,das eben das Institut in Wien ist, das sich mit dieser experimentellen Hochenergiephysikbeschäftigt und bin dort eingestiegen in die Vorbereitung des Delphi-Experiments.Das war der Beschleuniger, der hier im Tunnel vor dem LHC gelaufen ist,LEP, Large Electron Positive Collider, und wir haben da eine Detektor-Komponentein Wien gebaut und ich habe mich dann angefangen damit zu beschäftigen und bindann zum CERN gekommen um die Installation und den Betrieb und die Auslese diesesDetektors zu übernehmen.Das war ab dem Ende der 80er Jahre,also LEP ist während der 90er Jahre gelaufen, Also die beginnen 1989.
Tim Pritlove
Das heißt du bist jetzt hier seit 30 Jahren oder länger noch?
Wolfgang Adam
Ja. Ja.
Tim Pritlove
Okay.
Wolfgang Adam
Und ich habe dann am CERN ein Fellowship gemacht, im selben Experiment,aber in einem anderen Detektor, dem Cherenkov Detektor.Das ist etwas, was wir hier CMS nicht finden,aber das ist ein Detektor, mit dem man Geschwindigkeit geladener Teilchenmessen kann und sie damit identifizieren kann und habedann verschiedene Physikgruppen in Delphi übernommen und dann gegen Ende derLablaufzeit auch eine gemeinsame Arbeitsgruppe der vier Lab-Experimente fürSuchen nach unter Anführungszeichen exotischer Physik, also neuen Teilchen.
Tim Pritlove
Exotische Physik. Tcherenkov-Strahlung war ja auch schon mal ein Thema,Raumzeit 104, da war ich auf La Palmaund wir haben dort die Pläne für das Tcherenkov-Teleskop-Array angeschaut.Das ist ja related, sagen wir mal, da kosmische Strahlung und so weiter.
Wolfgang Adam
Genau, nur entsteht dort die Tcherenkov-Strahlung in der Atmosphäre.Da muss man nicht beschleunigen. Genau, während hier in den Hochenergiephysik-Experimentendas innerhalb eines Detektors passiert.
Tim Pritlove
Genau, aber das ist ja immer wieder auch schön zu sehen, so diese Analogie.Auf der einen Seite gibt es halt die Installationen, die einfach versuchen diekosmische Strahlung, die ohnehin schon beschleunigt durchs All schießt,in irgendeiner Form auszuwerten.Da wäre ja nebenbei auch noch das Alpha Magnetspektrometer zu erwähnen.Hatte ich ja auch schon bei Raumzeit 38 schon vor 10 Jahren tatsächlich dasThema schon mal, dessen Kontrollzentrum ja tatsächlich hier auch auf dem Zerngelände ist.Genau, aber wie wir ja auch schon in den letzten drei Sendungen ausgeführt haben,hier wird halt viel beschleunigt und durch diese Kaskade von Ringen kriegt mandann halt einfach die Teilchen mit einer sehr sehr hohen Energie zu den Detektorenund das ist dann eben sozusagen der Ort, wo es dann unter anderem mit dem CMS weitergeht.
Wolfgang Adam
Genau, und das hat natürlich auch Auswirkungen auf die Auslegung der Experimente,weil wir eben hier nicht natürlich vorkommende Phänomene betrachten,die über Zeit konstant beobachtet werden können, sondern wir generieren hierdie Kollisionen, die wir beobachten wollen, direkt.Und das hat natürlich Auswirkungen auf, wie wir die Detektoren auslegen, betreiben.
Tim Pritlove
Jetzt wollen wir nochmal sagen, also ich hab's ja schon angedeutet,also CMS und Atlas, was, Spoiler Alert, das Thema in der nächsten Sendung seinwird, das sind ja im Prinzip so...Geschwister, Nachbarn, die kümmern sich im Wesentlichen um freundliche Konkurrenten.Also zwei Detektoren mit unterschiedlicher Technik, die mehr oder weniger denselben Auftrag haben.Im Prinzip in all dieser ganzen Beschleunigungen die selbe Art von Phänomenenversuchen zu beobachten, aber eben mit unterschiedlicher Technik.Und das finde ich einen ganz interessanten Ansatz, weil man ja dadurch sozusagenvon vornherein feststellt, okay, wir haben kein Bias in unserer Technologie bei dem, was wir sehen.Oder zumindest nicht so weniger, weniger Bias.
Wolfgang Adam
Es gibt verschiedene Gründe natürlich, das so zu machen.Warum wir überhaupt zwei Experimente haben, das hat mit dem zu tun,was ich vorhin erwähnt habe, dass wir hier eben die Kollisionen selbst erzeugen.Ein Grundsatz der Wissenschaft ist natürlich, dass Messungen immer kontrolliert,unabhängig kontrolliert werden können von unabhängigen Wissenschaftlern.Bei vielen Experimenten kann das hintereinander geschehen.Also es wird ein Experiment durchgeführt, man findet etwas, danach kommt einanderes Experiment, das das überprüfen wird und verbessern wird.Aber nachdem wir hier natürlich den Beschleuniger betreiben müssen,ist es nicht optimal, wenn man die Messzeiten, die ja ohnehin Jahre und Jahrzehntedauern, wenn man die verdoppeln würde.Und daher ist es viel ökonomischer, die zwei Experimente gleichzeitig zu betreiben.Und für die unterschiedliche Auslegung gibt es verschiedene Gründe,technologische Gründe, aber es gibt Es gibt vor allem unsere,wenn wir Messungen durchführen, sind die Werte, die wir messen,natürlich mit Fehlern behaftet.Das heißt, es gibt da Unsicherheiten auf die Messwerte. Das ist vollkommen normal.Das geschieht in allen Messungen.Und diese Unsicherheiten können verschiedenen Ursprung haben.Es gibt einen ganz einfachen statistischen Ursprung.Das heißt, wir beobachten eine endliche Zahl von Ereignissen,wenn wir einen bestimmten Prozess messen und dadurch können Fluktuationen auftreten.Wenn man einen Würfel zehnmal würfelt, dann werden die Eins bis Sechs nichtgenau mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftreten.Also man wird nicht die gleiche Zahl beobachten.Ähnlich ist es hier, wenn wir nur eine bestimmte Zahl von gewissen Ereignissenbeobachten, dann kann diese Zahl einfach ganz natürlich rauf und runter fluktuieren.Aber es gibt dann eine zweite Komponente, die wir hier typischerweise systematischeFehler nennen. Das ist...Mögliche Verzerrungen des Messwerts durch Effekte, die zum Beispiel aus demDetektor kommen können oder aus der theoretischen Modellierung dieser Prozesse.Und um diese Fehler möglichst auszuschließen, ist es günstig,wenn man zwei Experimente mit unterschiedlichem Aufbau hat, weil Detektorfehlerdann im anderen Experiment nicht in derselben Form auftreten würden und mansich dadurch gegenseitig kontrollieren kann.
Tim Pritlove
Ja, das ist sozusagen jetzt erstmal die Prämisse gewesen.Das heißt die beiden Detektoren sind quasi mit unterschiedlichen Philosophien,mit unterschiedlichen technischen Philosophien, aber eben mit dem selben Ziel entwickelt worden.Was ich schon mal ganz bemerkenswert finde, weil das sind ja alles sehr komplexeMaschinen. Also jede Maschine für sich ist ja schon sehr sehr sehr kompliziertund auch so nie dagewesen.Also so ein bisschen wie auch in der Raumfahrt, es ist eine permanente Prototypenentwicklungund man baut ja nicht was, was man schon mal hatte, weil das kennt man ja schon,ist ja auch langweilig so.Und das verstehe ich auch sehr gut, das ist einer der Reize,der hier sozusagen immer wieder ist. Man hat es halt einfach immer mit BleedingEdge Technology zu tun, mit anderen Worten, man muss aber diesen Aufwand danngleich zweimal treiben.Und ist natürlich dann vielleicht auch versucht, in gewisser Hinsicht, Oh mein Gott.Also dann steht man ja immer so in diesem Spannungsfeld, machen wir es jetztüberall komplett anders aus Prinzip oder tendieren wir dann dazu zu wenig aufabgehangener Technologie zu basieren,die dann auch so viel Risiko mit in das Ding reinbringt, dass es eben vielleichtam Ende nicht funktioniert?
Wolfgang Adam
Die Auslegung dieser Experimente ist immer eine Balance zwischen einem Kompromisszwischen wirklich die neueste und beste Technologie zu verwenden und gleichzeitigdas Risiko klein zu halten.Das Kleinhalten des Risikos, ein Teil davon ist natürlich wiederum,dass wir zwei Experimente mit unterschiedlichen Technologien haben.Und es gibt natürlich noch eine endliche Zahl von Detektor-Technologien,aber das heißt gewisse Elemente werden ähnlich sein,aber in den Details unterscheiden sie sich dann und vor allem in der Gesamtkonzeptionunterscheiden sich die zwei Experimente.
Tim Pritlove
Gut, dann schauen wir doch mal darauf, was jetzt im Falle von CMS tatsächlich gebaut wurde.Wie ist sozusagen das Design des Detektors?Im Namen steckt ja schon so einiges drin. Also im Prinzip das Bauprinzip,wenn ich das richtig sehe, ist hier unter anderem mit enkodiert.Und wie muss man sich das vorstellen? Wie groß ist das Ding? Erzähl doch mal.
Wolfgang Adam
Also wie gesagt, wir haben ein Kompakt im Namen. Das könnte vielleicht etwastäuschen, weil der Detektor wiegt über 10.000,Tonnen, ist über 20 Meter lang und circa 15 Meter Durchmesser,also ungefähr die Größe eines Hauses.Und dieses Volumen ist zum großen Teil mit Präzisionstechnologie gefüllt.Das Grundprinzip, das gilt auch für Atlas, ist,dass wir idealerweise, wir haben diese Kollisionen,die im Beschleuniger stattfinden, daraus entstehen Sekundärteilchen,sehr viele, hunderte, tausende, und idealerweise wollen wir alle diese Teilchenmessen und ein Maximum der Eigenschaften jedes dieses Teilchens messen.Leider gibt es kein Detektor-Konzept, das alle Eigenschaften gleichzeitig messen kann.Mit Eigenschaften meine ich da zum Beispiel den Ursprungspunkt,weil es gibt natürlich Teilchen, die direkt aus dem Punkt kommen,an dem Protonen oder Atomkerne kollidiert sind.Aber es gibt dann auch Zwischenstufen. Es gibt kurzlebige Teilchen,die dort erzeugt werden, ein Stück weit fliegen, dann in weitere Teilchen zerfallen.Das heißt, wir wollen wissen, ob Teilchen vom ursprünglichen Kollisionspunktkommen oder aus dem Zerfall eines kurzlebigen Teilchens kommen.Wir wollen die Richtung wissen.Wir wollen idealerweise die Art des Teilchens wissen, seine Masse und natürlich seine Energie.Und um das für alle wichtigen Teilchenarten zu erzielen, gibt es nur die Möglichkeit,dass man mehrere Detektorsysteme kombiniert, weil eben ein einzelnes Systemnicht alle diese Eigenschaften messen kann.Das heißt, ganz grob gesagt, teilt sich der Detektor in drei Zonen, je nach Teilchentyp.Im innersten Teil des Detektors versuchen wir die Flugbahn von geladenen Teilchen festzustellen.Also damit kann man eben auch den Produktionsort feststellen,die Richtung und wir können auch den Impuls feststellen.Das heißt im klassischen Fall ist Impuls einfach das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit.Im relativistischen Fall, unsere Teilchen, die dort erzeugt werden,sind alle normalerweise relativ nah an der Lichtgeschwindigkeit.Es ist etwas komplizierter, aber es gibt jedenfalls einen Zusammenhang zwischenEnergie, diesem Impuls und der Masse eines Teilchens.Und das erzielen wir dadurch, dass wir eben ein starkes Magnetfeld im Großteil des Detektors haben.Und dieses Magnetfeld wird die geladene Teilchen auf Helixbahnen zwingen.Und aus der Krümmung dieser Helixbahnen kann man dann den Impuls berechnen.Die Idee ist, dass man in diesem Volumen die Teilchen möglichst wenig und unterAnführungszeichen stört.Das heißt, wir wollen diesen Teil des Detektors möglichst leicht bauen,damit die Teiche nicht mit Material kollidieren und sich in andere Teiche umwandeln.Und das ist sozusagen die erste Zone. Die zweite Zone wird verwendet,um die Energie der meisten Teilchen zu messen, indem man sie de facto absorbiert.Das heißt, dort kehrt man das Prinzip sozusagen um.Man hat eine Zone mit sehr dichtendem Material.Und in dem dichten Material werden die einlaufenden Teilchen eine Wechselwirkungmit Atomkernen oder Elektronen machen.Das wird neue Teichen erzeugen und diese neuen Teichen können wiederum kollidierenund wiederum neue Teichen erzeugen. Das heißt, das ist ein Lawineneffekt.Das heißt, man hat eine Multiplikation der Teilchen, die dort in diesem Schauerentstehen und das geht so lange, bis die Energie der Teilchen,die durchschnittliche Energie der Teilchen so weit gesunken ist,dass sie keine neuen Teilchen mehr erzeugen können.Weil das ganze geschieht natürlich über die übliche Äquivalenz zwischen Energie und Masse.Das heißt, solange die einlaufenden Teilchen Energien haben,die über der Masse anderer Teilchen liegen, können sie neue Teilchen überzeugen.Und das heißt, irgendwann einmal fällt die Energie und der Schauer wird beendet.Und aus der Größe des Schauers, aus der Zahl der Teilchen mit dem Schauer,können wir die Energie des einlaufenden Teilchens rückrechnen.
Tim Pritlove
Habe ich das gerade richtig verstanden? Also die eigentliche Kollision,klar die löst du jetzt erstmal aus, dann gibt es halt nachfolgende Prozesse,wo dann eben weitere Zerfallsprodukte entstehen, weil das einfach die Eigenschaftdieser Teilchen ist, dass sie nicht langlebig sind.Aber das System ist schon so aufgebaut, dass man dann ab einem bestimmten Zeitpunktauch schon bewusst anderes Material bereit hält, einfach um dann noch weiteresekundäre Kollisionen geschehen zu lassen.
Wolfgang Adam
Die sekundären Kollisionen in dieser zweiten Zone werden sozusagen absichtlichherbeigeführt, eben um die Energie dieses einlaufenden Teilchens messen zu können.Und diesen Bereich werden die allermeisten Teilchen nicht verlassen.Also vielleicht sollte man dann hier sprechen, ein bisschen über die Teilchenarten,die wir da messen können. Also wir haben im Wesentlichen...Das Standardmodell mit eigentlich vier Wechselwirkungen, aber die Gravitation,die Schwerkraft spielt hier bei den Experimenten de facto keine Rolle.Das heißt wir haben die elektromagnetische Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung,starke Wechselwirkung und wie sich Teilchen innerhalb eines Detektors verhalten,hängt davon ab, welchen dieser Wechselwirkungen sie unterliegen.
Tim Pritlove
Um es gleich nochmal klar zu machen für alle, die nicht ganz so in der Materiedrinstecken, mit Wechselwirkung meinen wir jetzt im Prinzip die fundamentalen Kräfte der Natur.Schwerkraft kennen wir alle, leiden wir täglich drüber, aber wir würden es nochdürrer finden, wenn sie nicht da wäre.Also die starke Kernkraft und man sagt halt hier eher Wechselwirkung,weil das ist sozusagen das, was man in diesem Teilchensystem sieht oder was dort,was wir meinen oder glauben, wissen, was dort stattfindet, eine Interaktionzwischen diesen Teilchen und manche Teilchen sind halt mehr so dieses Ist undmanche sind mehr so das Wird und diese Wirtsteilchen, das ist sozusagen dieseKräfte, von denen wir sprechen.Starke Kernkraft ist halt das, was im Kern, im wahrsten Sinne des Wortes,die Kerne auch zusammenhält, also dafür sorgt, dass nicht alles auseinander fliegt.Die schwache Kernkraft kennt man halt so ein bisschen auch unter dem Aspektder Radioaktivität, dass man sozusagen auch in der Lage ist,Obwohl schwach in irgendeiner Form das Ganze auch immer mal wieder sich auflösenzu lassen. Finde ich auch einen schönen Regulationsmechanismus.Es bleibt halt nicht alles so wie es ist, sondern mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeitfliegt der ganze Kram dann einfach so aus sich heraus, mehr oder weniger, auseinander.Und dann halt noch der gesamte Elektromagnetismus, den wir alle toll finden,jeder hat schon mal in die Steckdose gefasst.Und das hält ja auch irgendwie alles zusammen, das heißt gerade die schwacheund die starke Kernkraft,würde ich sagen, das ist hier so der Hauptfokus, während die elektromagnetischeKraft eigentlich eher so ein bisschen der nützliche Idiot ist,um das genauer anzuschauen oder gibt's Tatsachen?
Wolfgang Adam
Nicht ganz, weil de facto war ja etwas, was man in den 80er Jahren eigentlichbewiesen hat, ist, dass die elektromagnetische Kraft und die schwache Krafteigentlich nur zwei Seiten derselben Metalle sind.Und dass wir sie nur so unterschiedlich sehen, weil wir hier normalerweise beisehr niedrigen Energien arbeiten, Aber wenn man sich Kollisionen bei sehr hoher Energie ansieht,dann sieht man, dass das eigentlich dasselbe Phänomen ist, nur in zwei Arten.Ja, und um auf den Detektor zurückzukommen. Es gibt eben Detektorteile,die sind spezialisiert auf Teilchen, die hauptsächlich elektromagnetisch wechselwirken,also geladene Teilchen oder Photonen, Lichtteilchen, die de facto diese elektromagnetischeWechselwirkung vermitteln, diese elektromagnetischen Kräfte vermitteln.Und dann gibt es Hadronen, das heißt Teilchen, die auch der starken Wechselwirkung unterliegen.Und die manifestieren sich eben anders und die zum Beispiel im Detektor erzeugen,diese Schauer werden länger sein und das heißt man hat einen speziellen Teildes Detektors für diese Art Teilchen.
Tim Pritlove
Hadronen muss man nochmal dazu sagen, das ist das, was den Atomkern im Wesentlichenausmacht, also was Protonen und Neutronen formt.
Wolfgang Adam
Protonen und Neutronen sind Hadronen, aber es gibt einen ganzen Zuf von Teilchen.
Tim Pritlove
Nur so zur Einordnung. Hadronen ist der allgemeine Begriff für das,was unter anderem Protonen und Neutronen formt.
Wolfgang Adam
Genau. Und dann nach dieser zweiten Zone bleibt eigentlich nicht mehr sehr viel übrig.Dort sind eben die meisten Teilchen sozusagen stecken geblieben und es bleibeneigentlich nur mehr Teilchen über,die eben in der Lage sind, sehr große Dichten von Stärken von Material zu durchdringenund das sind einerseits die Myonen.Also die Myonen, das ist ein Schwester oder Bruder des Elektrons.Das heißt im Wesentlichen haben sie alle Eigenschaften,die auch Elektron hat, das sehr bekannte Elektron hat,aber sie sind wesentlich schwerer und das führt dazu, dass sie eben wesentlichleichter durch Material durchdringen können und der beste Beweis dafür Dafürist die Höhenstrahlung.Das sind also Myonen, die bei Kollisionen, so wie diese Lawinenartigen Schauer,die ich beschrieben habe, die entstehen natürlich nicht nur im Detektor,sondern können auch in der Atmosphäre entstehen, wenn hochenergetische Teilchenaus dem Weltraum eindringen.Und die Myonen, die dabei entstehen, können bis zur Erdoberfläche laufen undde facto sogar unter die Erdoberfläche, weil unsere Detektoren hier am LHC,die so etwa 100 Meter unter der Erde liegen, sehen noch immer Myonen aus der Höhenstrahlung.Und diese Myonen können eben die meisten Detektorschichten durchlaufen und diewerden dann in der letzten Zone, im äußersten Teil des Detektors gesehen.Das ist sehr praktisch, weil dadurch können wir sie sehr leicht identifizieren.Wie gesagt, wir würden auch gerne wissen, um welches Teilchen es sich in jedem Fall handelt.Und die Teilchen, die wir in dieser äußersten Zone sehen, sind praktisch ausschließlich Myonen.
Tim Pritlove
Und da steckt ja auch ein Name mit drin.
Wolfgang Adam
Genau. Die Myonen, die erlauben, wir können Myonen sehr präzise messen.Sie sind also ein sehr wichtiges Instrument, um zu verstehen,was in einer Kollision passiert.Und gleichzeitig werden wir die Kollisionen, die hier im Beschleuniger entstehen,laufen hauptsächlich über die starke Wechselwirkung.Was in der Kollision passiert, ist im Wesentlichen eine Auswirkung der starken Wechselwirkung.Und dabei werden sehr wenige Elektronen, Myonen oder ähnliche Teilchen erzeugt.Das heißt, es ist auch einfach, diese Myonen zu detektieren,weil neben den hunderten Teilchen, die da entstehen können bei jeder Kollision,gibt es jeweils nur höchstens einige wenige Myonen geben.Und deswegen ist die Detektion einfacher und deswegen ist das Experiment auchsehr stark darauf ausgelegt worden, dass man Myonen messen kann,die zum Beispiel auch wichtig sind, um das berühmte X-Person zu messen und zu finden.
Tim Pritlove
Vielleicht mal so als Nebeneinschub, wenn man das jetzt mal mit so der Kernspaltungim Atomkraftwerk vergleicht, wenn man jetzt hier Atomkerne aufeinander ballertund die in ihre tausend Teilchen zerschießen, dann ist das ja im Prinzip auch eine Kernspaltung.
Wolfgang Adam
Nicht ganz. Also was man wirklich verstehen sollte ist, dass bei den Energienmit denen wir hier arbeiten, diese Energien liegen viele Größenordnungen überden Energien, die typischerweise in einem Atomkern auftreten.Und bei diesen Energien, wenn zum Beispiel zwei Protonen aufeinandertreffen,findet die Kollision nicht zwischen den Protonen als Protonobjekt 1 und Protonobjekt2 statt, sondern die Kollision findet statt zwischen Bestandteilen der Protonen.Also in den Protonen und Neutronen haben wir Quarks, was wir Up- und Down-Quarks nennen.Das sind also etwas seltsame Teilchen, weil sie nicht frei in der Natur vorkommen.Diese Bestandteile sind immer eingeschlossen in die berühmten Hadronen.
Tim Pritlove
Also Hadronen enthalten immer… Also sie kommen in der Natur vor, aber nicht einzeln.
Wolfgang Adam
Genau, sie kommen nicht frei in der Natur vor.Und die Hypothese dieser Quarks hat erlaubt eben eine Ordnung in diesem Zoozu bringen, man dadurch die Teilchen klassifizieren konnte, je nachdem welche Quarks sie enthalten.Und de facto, wenn zwei Protonen hier im LHC zusammenstoßen,ist die Kollision, die uns interessiert,ist die Kollision entweder zwischen einem Quark aus dem einen Proton und einemQuark aus dem anderen Proton oder aber,was hier sehr oft passiert, das Proton ist ein komplexes Objekt.Also im Prinzip, man lernt in der Schule.Das Proton besteht aus drei Quarks, aber in Wirklichkeit ist mehr Leben in diesem Proton.Und vor allem gibt es da Gluronan.Das Gluronan ist das Äquivalent des Photons, des Lichtteilchens für die elektromagnetischeWechselwirkung, da in diesem Fall für die starke Wechselwirkung.Das heißt, das sind die Teilchen, die die starke Wechselwirkung übertragen zwischenzwei Quarks zum Beispiel.Und das Proton ist de facto voll von diesen Glurnan, die die Quarks de factoim Proton zusammenhalten.Und das heißt, wir können auch Kollisionen zwischen diesen Q-Unern haben,wenn die zwei Protonen sich treffen.
Tim Pritlove
Das heißt der Unterschied ist, weil ich mich gefragt habe,wenn so viel kollidiert und man das vergleichen kann, so Kernkraftwechsel isthalt sehr viel Radioaktivität frei, inwiefern ist dann diese Kollision anders?Geschieht das dort auch oder ist das eben weil die Energie so hoch ist,dass alles so dermaßen zertrümmert wird, dass sich das komplett anders verhält?
Wolfgang Adam
Ja, wie gesagt, die Energien sind so hoch, dass de facto ein zerfallenes Atomkern,ein zerfallenes und komplexes Objekt, das aus vielen Protonen und Neutronenbesteht, und der wird sich de facto in zwei Teile spalten, weil energetischder Ausgangszustand günstiger ist.Aber das spielt sich typischerweise bei Energien. Die Energien,die in diese Prozesse involviert sind, sind typischerweise in der Million-Elektron-Volt-Gegend.Um das zu vergleichen, ist die circa tausendmal höher als typische Röntgenstrahlung,wenn man einen Vergleich haben will.Und wir reden hier über Giga-Elektron-Volt, also Milliarde-Elektron-Volt odernoch einen Faktor tausend drüber.Das heißt, wie gesagt, bei diesen Prozessen, das ist keine Spaltung,weil wir hier wirklich mit Elementarteilchen arbeiten.
Tim Pritlove
Das ist eine Zerschmetterung.
Wolfgang Adam
Es ist eine Umwandlung. Es ist eine Umwandlung, weil Zerschmetterung würde voraussetzen,dass das Teilchen aus Bestandteilen besteht.Während das wir hier mit, was uns interessiert, sind die Elementarteilchen.Das heißt Teilchen, von denen wir keine innere Struktur kennen,von denen wir glauben, dass sie wirklich elementar sind.Die niedrigsten Elemente, Bestandteile der Materie darstellen.Das heißt, man kann es zerschmettern, ist das vielleicht ein schlechter Ausdruck,weil sie keine Bestandteile haben. Und was passiert, ist eine Umwandlung.
Tim Pritlove
Ja ich meinte nicht die Teilchen werden zerschmettert, da habe ich mich vielleicht falsch ausgerückt,sondern die Struktur wird zerschmettert, also in dem Moment wo diese Bindung von den Quarks,Glonen und so weiter alles komplett aufgelöst wird in seine wirklichen elementarenTeilchen, dann ist sozusagen die komplette Struktur dessen was kollidiert istsozusagen vollständig aufgelöst.
Wolfgang Adam
Ja, es stimmt natürlich, das was zerschmettert wird, ist das Proton, d.h.Zwei Bestandteile, ein Bestandteil aus jedem Proton kollidiert und macht eineWechselwirkung, erzeugt neue Teilchen, das ist der Prozess, der uns interessiert.Aber das Proton, wenn das passiert, wird das Proton de facto zerstört,weil das Proton aus drei Quarks besteht und wenn man da Bestandteile herausschlägt,gibt es kein Proton mehr, d.h.Der Rest des Protons wird sich auch in neue Teilchen umwandeln.Das ist aber ein für uns eher ein störender Untergrund als das was uns wirklich interessieren.Ja der Rest des Protons wird sich auch in neue Teilchen.
Tim Pritlove
Aber Radioaktivität in dem Sinne wird da nicht frei?
Wolfgang Adam
Nein, Radioaktivität ist ja der spontane Zerfall eines Atomkerns de facto.Und während wir hier eine induzierte Kollision zwischen zwei Teilchen,die also größtenteils unter der Größe eines Atomkerns liegen.
Tim Pritlove
Ja man muss ja auch über gefühlte Gefahren reden.Wir hatten ja schon in der Ausgangsdiskussion die Diskussion um schwarze Löcher,die hier erzeugt werden, da ist ja ein Weltuntergang drohen.
Wolfgang Adam
De facto ist natürlich die Teilchen, die aus der Kollision hinauslaufen,sind natürlich Strahlung.Das heißt das könnte ionisierende Strahlung und deswegen ist auch die Detektorzonewährend wir operieren abgeschlossen.
Tim Pritlove
Bevor wir vielleicht gleich mal so den eigentlichen Messvorgang selber aus derPerspektive eines Teilchens dann oder eines Protons erstmal beobachten,würde ich ganz gerne nochmal von außen nach innen gehen.Also haben wir ja schon gesagt, es ist ein relativ großes System.Was war das? 15 Meter ungefähr?Super schwer, sehr viel Material und vor allem ist es halt ein,ich meine was der Name ja auch sagt, Solenoid, also sozusagen eine riesige Spule,eine Magnetspule, wie man das halt so aufgebückt kennt.Eine ganz kerstliche Spule, ja. Quasi wie so ein riesiges dynamisches Mikrofon.Und dieser Apparat sitzt wo genau? Wie tief?
Wolfgang Adam
Der Apparat sitzt auf dem Niveau des Beschleunigers natürlicherweise und dasheißt das ist knappe 100 Meter tief.In einer Kaverne in der von beiden Seiten der Beschleuniger Tunnel einmündet.
Tim Pritlove
Ist es da eigentlich warm?
Wolfgang Adam
Normale Temperatur, Umgebungstemperatur.
Tim Pritlove
Wenn man sich so dem Erdkern nähert, wird es ja irgendwann warm.Bleibt doch etwas Abstand. Also Frost gibt es auf jeden Fall keinen.
Wolfgang Adam
Nein, Frost gibt es keiner.Die Größe des Apparats hängt de facto mit der Energie der Kollisionen und darausfolgender Energie der Teilchen, die aus der Kollision erzeugt werden, zusammen.Ich habe von diesen Schauern gesprochen. Diese Schauer wachsen mit der Energiedes Teilchens, werden diese Schauer immer größer.Und um eine präzise Messung der Energie zu erhalten, möchten wir,dass der gesamte Schauer im Detektor enthalten ist und nicht,dass gewisse Teilchen sich hinten aus dem Detektor rauslaufen würden.Und nachdem eben diese Schauer mit der Energie wachsen und wir die Dichte desMaterials nicht beliebig erhöhen können,weil wir müssen mit Materialien arbeiten, die es gibt, kann man diese Detektorenmit höherer Energie einfach nur dicker machen. Das ist der eine Grund.Der andere Grund, ich habe von der Impulsmessung und geladenen Teilchen gesprochen.Also der Sinn der großen Spule ist, dass geladene Teilchen eben auf eine Helixoder in einer Projektion, Kreisbahn abgelenkt werden.Dadurch können wir die Ladung messen, weil die positive und negative Teilchenwerden sich in unterschiedliche Richtungen wegrümmen und aus der Stärke derKrümmung können wir eben diesen Impuls abmessen.Und bei den Energien, die wir produzieren, ist diese Krümmung aber sehr gering.Und das heißt, um diese Krümmung messen zu können, gibt es zwei Möglichkeiten.Man erhöht die Präzision des Detektors, weil wir messen eben die Bahn an verschiedenenOrten und wenn man dann verschiedene Punkte misst, kann man irgendwann einmalsehen, dass diese Punkte nicht auf einer geraden Linie liegen,sondern eben eine leichte Probe machen.Aber wie gut man das messen kann, hängt natürlich von der Präzision ab,mit der man jeden Punkt messen kann.Und diese Präzision hat natürlich auch ein Limit, ihre Grenzen.Und die zweite Möglichkeit ist, dass man die Krümmung vergrößert bei gleicherEnergie und das heißt ein größeres Magnetfeld, das heißt eine sehr starke Spule.Und in CMS de facto haben wir versucht beides zu machen.Ein sehr sehr starkes Magnetfeld, also 3,8 Tesla, das ist größenordnungsmäßig100.000 mal das Erdmagnetfeld und gleichzeitig sehr Präzisedetektoren im Innenraum der Spur.
Tim Pritlove
Wenn man da runter geht, dann muss man sich auch all seine metallischen Dinge empfehlen.
Wolfgang Adam
Ja, wenn die Spule eingeschaltet ist. Es ist zwar, was man außen sieht, ist nur ein Rest Feld.Wenn man so eine Spule einfach frei in den Raum stellen würde,dann würde man ein Magnetfeld im großen Umkreis um den Detektor erzeugen.Das möchten wir natürlich nicht.Das heißt, die Spule ist komplementiert, und das macht den Großteil der Strukturdes Detektors aus, durch einen Rückflussjoch.Also, um es einfach zu sagen, die Spule an der Detektor ist eingebettet in einStahlkorsett, de facto, und dieses schließt die magnetischen Feldlinien.Das heißt, die magnetischen Feldlinien laufen durch die Spule und dann durchden Stahl wieder zurück Und das bewirkt,dass außen zwar nicht null, weil das System nicht perfekt ist,aber ein sehr viel geringeres Magnetfeld herrscht.Dieses sehr viel geringere Magnetfeld ist allerdings immer noch stark genug,um einfach sichtbar zu sein und in Führungen.
Tim Pritlove
Aber es reißt einem jetzt nicht die Armbanduhr vom Arm?
Wolfgang Adam
Es reißt nicht die Armbandufe am Arm, aber wenn man nahe an den Detektor geht,sollte man keine magnetischen Werkzeuge oder ähnliches haben.
Tim Pritlove
Man kennt ja diese Problematik aus der Medizin mit so einem Magnetresonanzsystem und so weiter.Da ist es ja ein echtes Problem, wenn man da mal was mit reinbringt.
Wolfgang Adam
Genau, wir bewegen uns in denselben Größenordnungen und das heißt natürlichauch, dass alle Komponenten im Detektor nicht magnetisch sein sollten.Aber wie gesagt außen in Führungen verwenden wir oft eine kleine Kette von Büroklammernund man sieht klar auch außerhalb vom Detektor und in einem Abstand vom Detektor,dass diese Kette nicht gerade hinunter hängt.
Tim Pritlove
Wäre das, würde man sich jetzt in der Mitte befinden, wenn der Magnet eingeschaltet ist?Nur so als Mensch nackt, würde einem das schaden? Also ist das ein Problem fürden menschlichen Körper oder ist es egal?
Wolfgang Adam
Im Prinzip sollte das egal sein, weil wir uns in den selben Größenordnungenbewegen wie für medizinische Untersuchungen, Magnetesresonanz.
Tim Pritlove
Na gut, also auf jeden Fall eine fette Spule.
Wolfgang Adam
Sie würden aber wahrscheinlich Effekte sehen, wenn sie sich bewegen,wenn sich jemand bewegt im Detektor.Im magnetischen Feld, das löst ja Ströme aus.
Tim Pritlove
Also man würde es stören, aber man würde nicht sterben. Ja.Okay, also so ein riesen Magnetspuler, die dann aber auch noch gekühlt werdenmuss, nehme ich an, also ordentlich?
Wolfgang Adam
Genau, das ist meines Wissens immer der größte supraleitende Magnet, der existiert.Das heißt, um dieses starke Magnetfeld zu erzeugen, verwenden wir einen Niob-Titan-Leiter,der supraleitend wird, wenn man ihn auf etwa 4 Grad über dem absoluten Nullpunkt kühlt.Und diese Kühlung passiert mit flüssigem Helium. Und das macht natürlich dieKomplexität des Systems aus.Man muss flüssiges Helium erzeugen, man muss die Spule natürlich thermisch isolieren,Das heißt, die ist in einem Vakuumtank eingebettet, sozusagen eine riesige Thermosflasche.Und man muss garantieren können, dass die Spule immer kalt bleibt,weil man muss sich vorstellen, der Leiter,also der elektrische Leiter, der dort ausgewickelt ist in der Spule,der hat eine Breite von einigen Zentimetern und eine Dicke von einigen MillimeternUnd durch diesen Leiter laufen 18.000 Ampere.Das wäre für normal leitende...Das heißt, man muss sicherstellen, dass die Spule im super leitenden Zustand bleibt.Und falls man glaubt, dass die Kühlung nicht mehr aufrechterhalten werden kannoder so, muss man die Spule möglichst schnell und kontrolliert abschalten.Weil man muss verstehen, dass im Magnetfeld kann man de facto Energie speichern.Das heißt, wenn das Magnetfeld aufgebaut wird, wird de facto Energie dort hineingebombtund im Magnetfeld gespeichert.In unserem Fall sind das ca. 2 Gigajoule.Das ist eine nicht vernachlässigbare Menge, mit der man eine Menge Metall zumBeispiel schmelzen könnte.Und sollte man die Kühlung nicht aufrechterhalten können, muss man dafür sorgen,dass man diese große Energie aus den Magneten möglichst schnell extrahiert,damit es keine Beschädigungen im Magnet ergibt. Das ist eine der technischen...
Tim Pritlove
So ein Abschalten-Moment?
Wolfgang Adam
Ja, wir versuchen das möglichst selten zu haben, aber es ist schon zweimal vorgekommen,dass wir ihn schnell abschalten wollen.
Tim Pritlove
Aber hat dann zumindest auch funktioniert und das glimpfliche auch.
Wolfgang Adam
Hat alles funktioniert, ja.
Tim Pritlove
Wenn ich das richtig sehe, ist ja CMS nicht vor Ort gebaut worden,sondern erstmal woanders und dann da rein.
Wolfgang Adam
Also CMS, diese Detektoren werden von Kollaborationen gebaut,die aus vielen Instituten bestehen. In CMS haben wir inzwischen mehr als 200Universitäts- oder andere wissenschaftliche Institute, die da mitarbeiten.Und normalerweise, wenn man diesen Konten aus so einem Detektor baut,trägt jedes Institut einen gewissen Teil bei.Und die Konstruktion basiert von kleinen Elementen zu immer größeren Elementen.Also viele der grundlegenden Bestandteile werden in Industrie gefertigt undsie werden dann sukzessive am Anfang in den Instituten zusammengebaut zu immer größeren Elementen.Und der finale Zusammenbau geschieht dann normalerweise hier am CERN.Und für CMS war das eine spezielle Komplikation, weil als wir anfangen mussten,den Detektor zusammenzubauen, also die Konstruktion der Elemente hat ungefährim Jahr 2000 begonnen, war die Kaverne im Untergrund noch nicht fertiggestellt.Und wir konnten aus Zeitgründen nicht warten auf die Fertigstellung,um das normale Prozedere zu machen, das heißt den Detektor in kleinen Stückenunten direkt vor Ort in der Kaverne aufzubauen.
Tim Pritlove
Also man hätte das eigentlich gerne getan, aber das macht man auch nicht.
Wolfgang Adam
Das wäre eine normale Vorgangsweise gewesen. Aber es ging nicht und deswegen,was wir gemacht haben, wir hatten über der Detektorzone eine große Halle undwir haben angefangen den Detektor dort aufzubauen.Und er ist de facto vollständig in dieser Halle aufgebaut worden und der Aufbauwurde aber so gemacht, dass er in größere Stücke zerlegt werden konnte.Also insgesamt 15 Stücke, davon 11 wirklich sehr große.Man muss sich vorstellen, dass das größte Stück, das auch den Magneten enthaltenhat, ca. 2000 Tonnen wiegt.Und als die Kaverne fertig war, wir haben einen sehr großen Zugangsschacht,der so diese 80, 90 Meter hinunter geht, bis er die Kaverne erreicht.Und es wurde dann ein riesiger Kran gemietet, der 2000 Tonnen tragen kann.Die kleine Komplexität dabei ist, dass diese Kräne nicht mehr beweglich sind.Das heißt, dieser Kran wurde direkt über dem Schacht aufgebaut.Und der Schacht kann durch einen Deckel verschlossen werden,der mehr als einen Meter Stahlbeton besteht.Und das System war dann, dass wir jeweils eines von diesen Detektorstücken aufden Deckel verschoben haben.Der Kran hat ihn dann dort aufgehoben, man hat den Deckel geöffnet und ihn dannin einer Operation, die halben Tag typischerweise gebraucht hat,das Teil runtergelassen bis in die Kaverne.Dann in der Kaverne verschoben, damit wieder Platz wird und das nächste Teil runtergelassen.Das war eine Operation, die von circa 2006 bis 2008 gedauert hat insgesamt.Krass. Dieses Konzept hat aber den Vorteil gehabt, oder hat noch immer den Vorteil,dass wir dieses Verschieben von Teilen auch jetzt für die Wartung des Detektors verwenden können.Der Beschleuniger läuft typischerweise den Großteil des Jahres und wir habendann eine Pause von zwei Monaten oder in der Größenordnung in der Winterperiode.Das wird für Wartungen benutzt oder Verbesserungen. Und dieses System mit denverschiedenen großen Teilen kann benutzt werden, um die Teile unten in der Kavernezu verschieben und dadurch Zugang zu den Zonen zwischen den Teilen zu bekommen.
Tim Pritlove
Okay. Aus der Not eine Tugend gemacht sozusagen.
Wolfgang Adam
Mhm.
Tim Pritlove
Gut, dann würde ich sagen, schauen wir doch mal, wie das jetzt wirklich in Operation aussieht.Also wir haben ja auch schon über den Beschleunigerring gesprochen. Die Teilchen,die man halt haben will, werden so einer Quelle entnommen und werden dann aufdie Reise geschickt und landen dann eben über die einzelnen Kaskaden von Ringen im LHC,in dem großen 27 Kilometer Ring und erhalten dort ihre finale Geschwindigkeitund entlang dieses LHC sind die vier großen Detektoren aufgebaut.Über LS haben wir schon gesprochen, jetzt halt CMS. Wo befindet sich CMS,schon in der Schweiz oder in Frankreich?
Wolfgang Adam
CMS befindet sich in Frankreich, also der einzige Detektor der in der Schweiz steht ist Atlas.Und wir befinden uns genau auf der entgegengesetzten Seite des Rings im Vergleichzum Hauptgelände des CERN.
Tim Pritlove
Also maximal weiter Weg.
Wolfgang Adam
Maximal weiter Weg, was natürlich die Operation des Detektors und den Betriebdes Detektors nicht erleichtert.Wir haben natürlich einen Kontrollraum beim Detektor, der ständig besetzt istund das heißt, die Leute müssen vom CERN typischerweise dorthin fahren.
Tim Pritlove
Ihr seid so ein bisschen die da draußen sozusagen.Ja, okay, gut.So jetzt kommen also die Teilchen dort an und werden dann ja auf den letztenMetern auch nochmal aus dieser Kreisbahn quasi herausgenommen und fliegen danngerade in diesen Detektor rein.So und jetzt bin ich ein Proton, was da sozusagen angeschossen kommt.Mir kommt ein anderes, entsprechend anders herum geladenes Teilchen entgegen.Und durch ein Wunder treffe ich jetzt genau auf dieses Teilchen.Also nicht jedes Teilchen, was da durchfliegt, trifft auch auf eins,nehme ich mal an, viele fliegen aneinander vorbei.
Wolfgang Adam
Nachdem die starke Wechselwirkung eben stark ist, passiert praktisch bei jederKreuzung etwas. Man muss natürlich dazu sagen, dass die Protonen nicht einzelnim Beschleuniger fliegen, sondern sie kommen in Paketen.Wir haben im Beschleuniger einige tausend Pakete von Protonen,die knapp beisammen sind und dann größenordnungsmäßigacht Meter wieder Pause oder inZeit ausgedrückt 25 Milliarden Sekunden unddann kommt das nächste Protonpaket und um sich eine Vorstellung zu machen injedem dieser Pakete sind circa 100 Milliarden Protonen und das heißt diese beidende facto kreuzen sich diese beiden Pakete und es können sich da bei jeder Kreuzung,können ein oder mehrere Protonkollisionen stattfinden und um die Intensität,wir wollen natürlich möglichst viele Protonkollisionen sehen,weil um unsere Physikzielsetzungen zu erreichen,möchten wir einerseits möglichst hohe Energien erreichen, um möglicherweiseneue schwere Teilchen zu erzeugen und wir möchten möglichst hohe Intensität,möglichst viele Protonkollisionen haben, weil wir Prozesse sehen wollen, die extrem selten sind.
Tim Pritlove
Aber zwei Pakete treffen quasiaufeinander. Jedes enthält 100 Milliarden Protonen, also Pi mal Daumen.Und wenn diese zwei Pakete von je 100 Milliarden Protonen aufeinander treffen,dann gibt es ein oder ein Paar Kollisionen?
Wolfgang Adam
Also die ursprüngliche Auslegung des LHC war typischerweise 25 gleichzeitigeKollisionen zu haben. Jedes Mal, wenn es...
Tim Pritlove
Alle 25 Nanosekunden.
Wolfgang Adam
Ja, das ist nur zufällig dieselbe Zahl und inzwischen ist es dem Beschleunigergelungen die Intensität zu erhöhen.
Tim Pritlove
Durch eine höhere Verdichtung dieses Pakets.
Wolfgang Adam
Genau und letztes Jahr hatten wir typischerweise über 50 und dieses Jahr werden wir noch mehr haben.
Tim Pritlove
Aber die finden ja dann alle gleichzeitig statt, das heißt man beobachtet sieauch alle gleichzeitig.Ist das nicht eher ein Problem, wenn man zu viele gleichzeitig hat,weil dann muss man sie ja auch auseinander halten.
Wolfgang Adam
Das ist potenziell ein Problem natürlich und die Detektoren wurden darauf auch ausgelegt.Man muss jetzt natürlich sagen, sie wurden auf die berühmten ca.25 ausgelegt und wir sind jetzt von mehr als einem Faktor 2 darüber.Aber ja, sie finden gleichzeitig statt, aber die Zone, in der diese Kollisionenstattfinden, erstreckt sich über plus minus 15 Zentimeter typischerweise.Das heißt, diese Kollisionen finden nicht alle genau am selben Platz statt,sondern sie sind etwas verteilt. Und wir können diesen Abstand verwenden,um sie von einander zu unterscheiden.Der zweite wichtige Aspekt ist, dass wir, wir suchen eben extrem seltene Prozesse,in denen sehr viel Energie freigesetzt wird. Und das passiert bei Weitem nicht bei jeder Kollision.Das heißt, aus den meisten Kollisionen werden wahrscheinlich nur wenige relativniederenergetische Teilchen entstehen.Und eine, typisch maximal eine von diesen Kollisionen, wird ein Ereignis auslösen,das uns interessiert und das wir messen wollen.Dazu sollte man vielleicht auch sagen, dass eine der Herausforderungen ist,dass der Detektor braucht, was wir ein Triggersystem nennen.Das heißt wir brauchen ein System, das genau diese interessanten Kollisionen aussucht.Weil die Gesamtzahl der Kollisionen,man muss sich vorstellen, dass circa 30 Millionen mal pro Sekunde kreuzen sichPakete und der Detektor ist in der Lage diese 30 Millionen Fotos,also er ist ausgelegt auf bis zu 40 Millionen Fotos pro Sekunde.Aber das ist eine Datenmenge, die schwer zu handhaben wäre und in vielen dieserKollisionen passiert eben nichts, was uns interessieren würde.Und deswegen brauchen wir ein System, das aus diesen 30 Millionen eine sieben wenige rausfiltert.Und das ist eine ziemliche Herausforderung und das CMS hat sich früher entschiedenund das war technologisch zum Zeitpunkt der Auslegung des Experiments noch einbisschen auch eine Vorhersage oder eine Wette auf die zukünftige Entwicklungvon elektronischen Komponenten und Rechenleistung,dass wir diese Auswahl in einem zweistufigen System machen.Wir haben eine erste Stufe, das ist Elektronik, die sich unten nahe beim Detektor befindet.Und diese Elektronik wird für jede Kollision ein paar Grunddaten bekommen überEnergie, die man im Detektor gesehen hat, die Anzahl zum Beispiel der Myonenoder von Elektronen, die gesehen wurden.Und aus diesen Daten kann sie sagen, ob wir dieses Foto behalten wollen oder nicht.Und das muss geschehen in einigen Mikrosekunden.Also die Elektronik hat einige Millionstel Sekunden Zeit, um für jedes Fotozu sagen, wollen wir es behalten oder nicht.Und nur wenn wir es behalten wollen, werden überhaupt alle Daten aus dem Detektor heraus transferiert.Und wir können bis zu 100.000 pro Sekunde transferieren.Das heißt, aus den ursprünglichen 30 Millionen pro Sekunde behalten wir malin dieser ersten Stufe 100.000 pro Sekunde.Und in einem zweiten Schritt werden dann diese Daten, die aus dem Detektor gelesenwerden, werden an ein Computerzentrum transferiert, das wir auch vor Ort am Experiment haben.Und dort können wir schon sozusagen eine beschleunigte Version der Auswerteprogrammeoder der ersten Stufe der Auswerteprogramme laufen lassen, die wir später dann verwenden auch.Damit kann man natürlich sehr viel detaillierter nachsehen in allen Detektoren,was passiert ist und eine viel detailliertere Analyse machen und deswegen auch genauer auswählen.Und damit reduzieren wir dann die Rate von 100.000 auf einige Tausend pro Sekunde.Das heißt von den 30 Millionen oder in der Größenordnung die Kreuzungen vonPaketen die im Detektor oder Fotos die im Detektor genommen werden,behalten wir letztlich nur einige Tausend pro Sekunde. Junge Prosekunde.Diese einigen tausend pro Sekunde, die werden dann permanent gespeichert unddas ist das, was für die Analyse nachher zur Verfügung steht.
Tim Pritlove
Das muss man ja auch erstmal in so ein Computersystem gespeichert bekommen.Das ist eine enorme Anforderung an die Geschwindigkeit, die da gestellt werden.Diese erste Filterung ist hier gar nicht so sehr eine qualitative Filterung,sondern mehr so ein Ranking und man nimmt dann sozusagen die hunderttausend,die man übertragen kann, Nimmt man dann alle, um dann in der zweiten Stufe erstauszusuchen, was für einen wertvoll ist oder ist es schon eine qualitative Auslesung?
Wolfgang Adam
Nein, nein. Das sind quantitative Kriterien und man kann, obwohl es nicht normaleCPUs sind, sondern Elektronikkomponenten.
Tim Pritlove
Also quantitativ im Sinne von wie viele Spuren?
Wolfgang Adam
Wir können zum Beispiel verlangen, dass wir zwei Myonen übersehen,die über einer gewissen Energie liegen.
Tim Pritlove
Okay, also auch schon mit einer, ich meine jetzt qualitativ im Sinne von was sehen wir?Also das wird auch schon berücksichtigt in dieser ersten Frage.
Wolfgang Adam
Genau, welche Arten von Teilchen haben wir gesehen, in welcher Zahl, bei welcher Energie.Wir könnten auch auswählen, dass diese zwei Teilchen in gegengesetzte Richtungen geflogen sind.Und da können wir einige hundert Kriterien definieren, die all diese Größen kombinieren.Und wenn mindestens eines dieser Kriterien erfüllt ist, dann würden wir dieses Event auswählen.
Tim Pritlove
Wenn es so schnell laufen soll, dann ist das schon so optimierte Hardware,wo die Software dann voll in die Hardware eingebrannt ist und das voll beschleunigt?
Wolfgang Adam
Das sind FPGAs, das heißt das ist Elektronik, die programmierbar ist,aber nicht programmierbar wie in dem.
Tim Pritlove
Also damit das wirklich sehr schnell abläuft, weil das wäre jetzt für eine normale CPU zu schnell.Alright, ja okay gut. Das ist also der Vorgang. Jetzt stellt sich natürlichdie Frage, wie funktioniert der Detektor eigentlich genau.Klar kann man ja sagen, das haben wir ja in Muon gesehen, das muss man ja aucherstmal sehen. Und wir hatten das im Prinzip, wir haben das auch schon,als wir über Alice gesprochen haben, im Prinzip folgt das ja dem ähnlichen Modell.Es geht einfach darum, durch diese magnetische Ablenkung, die durch diesen großenSpulenmagneten hergestellt wird,also sozusagen die ganzen Teilchen quasi in ihrer Ausbreitung,in ihrer Abstrahlung irgendwie versucht, wieder in den Griff zu kriegen undeben dieses starke Magnetfeld braucht, weil eben die Energien so hoch sind, die dort stattfinden.Die wollen halt einfach irgendwo hinschießen und der Magnet sagt so, so nicht.Ja, ich krümm dich jetzt mal hier so ein bisschen weg.Und durch diese Krümmung, die man beobachtet,dann ist es ja quasi so das Rennen zwischen Energie des Teilchens und derenRichtung kämpft gegen das Magnetfeld Und daraus ergibt sich halt so eine Spurenkurve,der man dann eben quasi nachsehen kann.Okay, alles klar, wenn du so schnell unterwegs bist, weil die Zeit kann ichja messen, und dann diese Kurve machst, dann musst du sonst so schwer sein,also bist du wahrscheinlich das und das Teilchen.Und wie misst jetzt CMS diese...Funktioniert das genauso wie bei ALICE oder kommt hier eine ganz andere Technologie zu?
Wolfgang Adam
Nein, wir verwenden andere Technologien. Wir verwenden eine Technologie,die ALICE auch in den ganz innersten Tonen verwendet.Das sind Siliziumdetektoren, das sind Pal-Beta-Detektoren.Man muss sich vorstellen, das sind ganz dünne Scheiben von Silizium,das speziell präpariert wird.Im Wesentlichen ist die Idee dieselbe wie die Sensoren in einer Kamera.Das heißt, das Silizium kann Lichtteilchen im Fall der Kamera oder geladeneTeilchen wie Myonen oder andere Teilchen in unserem Fall registrieren,wenn diese Teilchen durch das Silizium durchlaufen.
Tim Pritlove
Also quasi so CCDs, Charge Coupled Devices, sind das ja in der Kamera, als Ladung.
Wolfgang Adam
Aber in unserem Fall sind es keine CCDs, weil die CCDs viel zu langsam werden.Weil eines der Grundprinzipien des Detektors ist natürlich, wie gesagt,wir haben einen 25 Milliardstel Sekunden Abstand zwischen zwei Kollisionen.Und das heißt, alle Detektoren müssen schnell genug ein Signal liefern,um zwei Kollisionen unterscheiden zu können. Und das ginge bei CCDs nicht.Und das heißt, de facto, was wir haben, ist Silizium. Und auf dem Silizium sindStrukturen, Elektrodenstrukturen aufgebracht.Und das sind entweder Streifen oder kleine Rechtecke.Und jeder dieser Streifen undjedes dieser Rechtecke hat seine eigene Verstärkung und Datenübertragung.Das heißt, wir haben im Moment knappe 100 Millionen de facto aktive Elemente, so Streifen oder...Und jedes dieser Elemente wird gleichzeitig ausgelesen. Das ist eben der Unterschied zur Kamera.Und das ermöglicht einerseits eine sehr hohe Präzision.Das heißt, die Präzision der innersten Lagen ist besser als 10 Millionsilometer.Das heißt, das ist kleiner, dünner als ein Haar.Hinaus nimmt es dann etwas zu, aber es ist immer noch in dieser Größenordnung. 10, 20, 30 Mikrometer.Das heißt, wir haben eine Serie.Diese Detektoren sind in Schichten angeordnet. Das heißt, im Zentraldetektorsind das Zylinder. Das heißt, es ist jeweils eine zylindrische Schicht,und die ist mit Detektoren, mit diesen dünnen Platten, vollgepflastert.Und eine Schicht kommt nach der anderen.
Tim Pritlove
Wie viele Schichten sind es dann?
Wolfgang Adam
Wir haben insgesamt im Moment, also im Zentralteil würde ein Teilchen 14 Schichtendurchlaufen und das heißt jede Schicht würde eine sehr sehr präzise Messung des Ortes.
Tim Pritlove
Und der Abstand zwischen den Schichten ist konstant?
Wolfgang Adam
Nein, der Abstand vergrößert sich nach außen.
Tim Pritlove
Was ist der kleinste und was ist der größte Abstand?
Wolfgang Adam
Der kleinste Abstand ist also Zentimeterbereich, 2 Zentimeter und nach außenwird es größer, 10 Zentimeter Größenordnung.Also der ganze Detektor, um sich das vorzustellen, geht bis zu einem Radiusvon knapp über einem Meter.Also knapp einen Meter von der Wechselwirkungszone, von der Kollisionszone entfernt.Und mit diesen 14 Punkten, die kann man dann sozusagen verbinden und aus derVerbindung dieser 14 Punkte sieht man dann diese berühmte Spur.
Tim Pritlove
Genau, wo man dann Ort und Zeit hat, überall wo das Zeichen steht.
Wolfgang Adam
In unserem existierenden Detektor messen wir die Zeit nicht explizit.Der Detektor ist so ausgelegt, dass er optimiert ist, jeweils für eine bestimmteKollision die Teilchen zu sehen. Aber wir messen die Zeit nicht explizit.Wir werden das in der nächsten Generation von CMS machen, aber im derzeitigenDetektor ist das nicht notwendig.Was man da vielleicht auch erwähnen könnte, ist, dass man diese Punkte zu einerLinie, also zu einem Kreis, wenn man so will, verbinden muss.Die Komplexität ist natürlich, dass wir eben hunderte oder in Kollisionen vonKernen tausende Teilchen haben,die da fliegen und jedes dieser Teilchen hinterlässt natürlich Punkte in demDetektor und die ja je nachdem welcher Punkt oder Streifen getroffen wurde Und es ist natürlich,diese Punkte haben kein Etikett, das sagen würde, ich bin von diesem Teich hingekommen.
Tim Pritlove
Deswegen dachte ich ja, dass die Zeit ein wichtiger Faktor ist.
Wolfgang Adam
Nein, weil die Zeiten, die Teilchen laufen ja fast bei derselben Zeit,weil sie wurden zur selben Zeit produziert und fliegen dann de facto mit Lichtgeschwindigkeit hinaus.Und das heißt man hat ein Problem jeweils Punkte einem Teilchen zuzuordnen unddas ist ein ziemlich großer Rechenaufwand.Also wenn man ein Foto sehen würde, an dem einfach die Punkte aufgetragen sind,würde man mit freiem Auge nichts erkennen.Das heißt es gibt Algorithmen, die dann eben die Punkte verbinden und das klassifizierenin Teilchen und dann für jedes Teilchen aus der Krömung eben den Impuls,die Energie ausrechnen.
Tim Pritlove
Kann man dabei Fehler machen?
Wolfgang Adam
Natürlich. Es gibt natürlich Fehler, aber die Algorithmen sind eben so entwickeltworden, um diese Fehler sehr gering zu halten, so gering zu halten,dass sie de facto die letztlichen Messungen nicht beeinflussen.
Tim Pritlove
Also Teilchen trifft auf, Kollision findet statt,all das was dort aufeinander trifft wird dann eben in seine elementaren Teilchenzerschmettert und die machen sich dann auf die Reise,fliegen los und entweder streifen sie halt selber unmittelbar dann eine dieserSchichten Oder auf dem Weg zerteilt sich eben dieses Teilchen nochmal in andere,also von wegen Elementarteilchen, wenn es sich dann doch noch in andere Teilchenverwandelt, kann es ja so elementar auch wieder nicht sein.Egal, auf jeden Fall das findet statt und man hat es also bei jeder Kollisionmit einer Vielzahl von Durchschlagungspunkten zu tun,also zumindest in diesem inneren 14 Schichten Bereich,die man dann eben per Software wieder zueinander zuordnen und sagt okay,wenn das da war, das da war, dann gehört das wahrscheinlich zusammen und dannist das die daraus resultierende Bahn und aus dieser Bahn kann ich dann wiederum errechnen,okay was war das jetzt mit welcher Energie und damit weiß ich auch die Masseund wenn man die Masse weiß, dann weiß man um was für ein Teilchen es sich gehandelt hat.
Wolfgang Adam
Und wie gesagt, worüber diese Siliziumdetektoren, das ist dieser erste Teildes Detektors, von dem ich vorhin gesprochen habe, das heißt dieser Teil desDetektors, der möglichst leicht gebaut werden soll.
Tim Pritlove
Aber diese Phase reicht auch schon für die Klassifikation der Teilchen aus? Nein, noch nicht.
Wolfgang Adam
Nein, weil wir eben...Die Information aus mehreren Detektoren kombinieren wollen.Das heißt, wir haben so ein Teilchen, ein geladenes Teilchen,das läuft durch den Detektor durch, wir messen die Punkte, wir verfolgen seineSpur und dann wird es in den nächsten Detektor übergehen, eben in dieses Kalorimeter,wo sehr viel Material ist, in dem das Teilchen de facto seine ganze Energie abgeben kann.Das ist dann eine ganz andere Technologie.Im Fall von CMS verwenden wir dabei Kristalle.Das ist Blei-Wolframat.Das sind sehr, sehr transparente Kristalle, die aber de facto die Dichte von Blei haben.Das heißt, eine sehr große Dichte. Man stellt sehr viel Material entgegen,um eben diese Schauer, diese Lawinen möglichst kurz zu halten.Und Teilchen, besonders Elektronen oder Photonen, die dort in diese Kristallehineinlaufen, die werden den Kristall anregen und es wird Licht ausgesendet,Stintillationslicht ausgesendet.Das Licht wird im Kristall, der sehr transparent ist, weiterlaufen und jedervon diesen circa 80.000 Kristallen hat dann hinten am Kristall einen Detektor, der Licht messen kann.Und aus der Menge des Lichts, das dieser Detektor hinten am Kristall misst,kann man dann rückschließen, wie viel Energie sozusagen dort deponiert wurde.Und das heißt, man kann diese Messung mit der Messung aus dem Siliziumdetektor kombinieren.Dieser Kristalldetektor ist auch notwendig, weil der Siliziumdetektor wird nurelektrisch geladene Teilchen sehen.Das heißt neutrale Teilchen, wie zum Beispiel Photonen, Lichtteilchen,werden im Siliziumdetektor nicht gesehen.Die werden erst dann in diesem Kristallteil gesehen werden.
Tim Pritlove
Also wenn diese Kalorimeter, die dann auch die Endstation darstellen für dieauseinanderfliegenden Teilchen.Wenn die jetzt zuverlässig aber eingefangen werden sollen, dann muss ja im Prinzipeine riesige, vollständige, den kompletten zentralen Teil umschließende Schicht sein.
Wolfgang Adam
Das ist genau die Grundkonzeption. Wir wollen natürlich möglichst alle Teilchenmessen, die aus der Kollision entstehen. Das heißt wir möchten den Kollisionspunkteigentlich möglichst hermetisch umschließen.Das ist nicht vollständig möglich, weil wir… Man muss ja auch mal ran, ne?Naja, der Beschleuniger, die Beschleunigerröhre muss natürlich durchlaufen.Das heißt, dort per Definition können keine Detektoren stehen,aber wir versuchen den Rest möglichst abzudecken.Und wie gesagt, nachdem wir mehrere Lagen verschiedene Detektoren brauchen,sind die so angeordnet, dass ein Teilchen eben, egal in welche Richtung es läuft,immer dieselbe Sequenz von Detektortypen durchläuft.Und man könnte sich jetzt naiv vorstellen, dass man eine Kugel baut,Aber das ist aus mechanischen, Wartungs- und ähnlichen Gründen nicht sehr praktisch.Das heißt, die meisten dieser Experimente an Beschleunigern,an Speicherringen wie dem LAC, haben einen zylindrischen Aufbau.Das heißt, man hat einen zentralen Zylinder, in dem man eine zylindrische Lage nach der anderen hat.Und das wird dann abgeschlossen durch Endkappen, also großen kreisförmigen Strukturen,wo dieselbe Sequenz, aber linear von der Mitte nach außen, nach links und nach rechts geht.Vorkommt und dadurch kann man den Detektor relativ leicht öffnen,weil man kann diese Endcaps, wie wir es sagen, diese kreisförmigen Strukturenvom Zentralteil entfernen und dann ins Innere des Detektors kommen.Aber durch diesen Aufbau kann man garantieren, dass dieselbe Sequenz von Detektorenvon jedem Teich entgegen ist.
Tim Pritlove
Das heißt, diese Kalorimeter, dieser Zylinder ist sozusagen komplett mit diesemBlei, was war das für eine Verbindung?Genau mit diesen Kristallen beschichtet und messen kann man das dann,also das ist dann diese Sintillation, also das ist sozusagen so ein Lichteffektder dabei dann entsteht.
Wolfgang Adam
Genau es wird Licht erzeugt im Kristall und dieses Licht wird gemessen.
Tim Pritlove
Okay also im Prinzip ist es dann letzten Endes ein optisches Messgerät,was eigentlich das Licht misst.
Wolfgang Adam
Misst die Quantität von Licht die aus dem Kristall kommt.
Tim Pritlove
Okay, gut. Und das tut es mit welcher Auflösung dann wiederum?Also man kann ja nicht jeden Punkt beobachten.
Wolfgang Adam
Ja, wie gesagt, über die ganze Fläche. Wir haben jetzt hier 80.000 Kristalle.Man muss sich vorstellen, die Kristalle sind so längliche Gebilde mit einemquadratischen Querschnitt von einigen Zentimetern.
Tim Pritlove
Okay, also 80.000 Kalometer.
Wolfgang Adam
Also die Größe ist dadurch bestimmt, dass die Schauer eine gewisse Ausdehnungin der Tiefe, aber auch in der Breite haben.Und es ist sinnlos, die Detektoren sozusagen sehr viel kleiner zu machen alsdie Breite des Schauers. Das war die ursprüngliche Idee.Das bestimmte die Zahl der Kristalle.Und das ist der erste Teil des Kalorimeters. Und in diesem Teil,der genügt, um de facto alle Teilchen zu stoppen, die elektromagnetisch wechselwirken,also wir sind Elektronen und Photonen.Und andere Teilchen, Hadronen, die erzeugen größere Schauer und wir braucheneinen zweiten Kalorimeterteil dahinter.
Tim Pritlove
Also die durchschlagen sozusagen auch noch diesen ersten Teil.
Wolfgang Adam
Genau, die würden zwar einen Schauer beginnen im ersten Teil,aber der Schauer wäre so tief, dass er aus diesen Kristallen heraustritt und hinten raustritt.
Tim Pritlove
Ohne einen Lichteffekt zu erzeugen?
Wolfgang Adam
Nein, es wird Licht erzeugt, aber das Problem ist, dass nicht der gesamte Schauerenthalten sein wird in den Kristallen.Das geht danach weiter und dann haben wir einen zweiten Teil.Das beruhigt wieder auf dem Prinzip, dass wir dem Teilchen möglichst viel Material entgegenstellen.Aber in dem Fall ist das Messing.Es ist sozusagen ein Sandwich von Messing und wieder Zintillatoren.Zintillatoren, das ist ein Plastikmaterial und dort ist wieder dieselbe Idee.In dem Plastikmaterial entsteht Licht und man misst das Licht am Ende des Elementsund aus der Quantität des Lichts schließt man.
Tim Pritlove
Das ist also auch nochmal so eine zylindrische Struktur.
Wolfgang Adam
Das generiert wieder eine zylindrische Struktur, die eben außerhalb des,die nächste Lage darstellt nach diesen Kristallen.Und wie viele Detektoren sind das dann?Das ist in großen Modulen strukturiert. Also wir haben einige hundert von dengroßen Modulen, aber in jedem Modul gibt es Glasfasern, die Teile des Moduls messen.
Tim Pritlove
Ja, also ist das dann so wie bei dem ersten Zylinder, so 80.000 in der Größenordnung?
Wolfgang Adam
Es ist in der Größenordnung. In diesem Teil braucht man etwas weniger Genauigkeit.Das heißt, man muss nicht so feine Elemente haben.
Tim Pritlove
Gut, nur mal so ein Gefühl für die Datenpunkte zu bekommen, wie viel das so ist.
Wolfgang Adam
Und dann gibt es einen...
Tim Pritlove
Gibt es noch Teilchen, die diese Schicht dann auch noch überwinden können?
Wolfgang Adam
Genau, dann gibt es die berühmten Myonern, die diese Schicht überwinden können.
Tim Pritlove
Ah ja, okay, jetzt wird es spannend.
Wolfgang Adam
Diese Myonen sind eingelagert, diese Detektoren sind eingelagert in dieses Rückflussjoch.Also ich habe davon gesprochen, dass wir das Magnetfeld sozusagen im Detektorzu halten, haben wir diese Stahlkonstruktion, die rundherum geht.Und in diese Stahlkonstruktion sind eingelagert, in Spalten in der Stahlkonstruktionsind Myonkammern eingelagert. Und in dem Fall sind das Gasdetektoren.Das sind Detektoren, Schichten mit verschiedenen Technologien,die mit einem Gas gefüllt sind.Wenn Teilchen durch das Gas durchlaufen, dann ionisieren sie Atome in dem Gasund man kann diese Ladungen durch elektrische Felder bewegen und dann messen.Diese Detektoren werden elektronisch ausgelesen, also de facto die Bewegungdieser Ladungen der Elektronen und der positiven Ionen, die dabei entstehen,die erzeugen elektrische Signale auf Elektroden und die werden dann ausgelesen.Dort ist es eben wichtig, dass wir mit vernünftigen Kosten eine sehr,sehr große Fläche abdecken können, In diesem Prinzip, dass eine Lage nach deranderen kommt, natürlich je weiter man nach außen kommt, desto größer wird dieFläche, die man abdecken muss. Gleichzeitig ist die,ist die Genauigkeit, die man dort erzielen muss, geringer.Das heißt, dort genügt uns ein Zehntel Millimeter oder etwas weniger.Und der Grund dafür ist, dass die Myonen, bis sie in diese Lage kommen,haben sie schon viel Material durchlaufen. Das Material wird sie zwar nichtstoppen, aber es wird leichte Ablenkung an der Bahn verursachen.Und das heißt, es ist sinnlos genauer zu messen als die typische Größenordnungdieser Ablenkung der Bahn.Zu den Myonen möchte ich vielleicht noch sagen, dass im Prinzip,so wie die CMS konzipiert wurde, um die Myoner zu messen, um zu wissen,dass es ein Myon ist, brauchen wir dieses Signal in den äußersten Detektorschichten.Aber die genaue Messung der Energie des Muons wird in CMS gemacht,dass wir den inneren Siliziumdetektor mit den Informationen aus diesen Muonsdetektoren verbinden.
Tim Pritlove
Das erklärt jetzt auch warum dieser Muon, also warum das auch im Namen drinsteckt.Weil es sozusagen ein Element in diesem großen Magnet mit drin ist und von dahersozusagen so ein Major Design Prinzip darstellt sozusagen und nicht einfachnur so ein bisschen Gerät, was man noch in die Mitte reingeworfen hat.Also dieser Teilchen zu diesem Standardmodell ist ja wirklich...Das kann ja sehr verwirrend sein. Was wir ja die ganze Zeit angerissen haben mit diesen Myonen.Es gibt ja in diesem Standardmodell Klassifizierungen auf unterschiedlichen Dimensionen.Wenn man erstmal generell so diese Quarks und Leptoden unterscheidet,also das was sozusagen Protonen im wesentlichen baut sind die Quarks und derRest sind eben die Elektronen und Verwandte sozusagen.Gibt es ja das dann alles noch dreimal.Alles ist irgendwie dreimal vorhanden, hat dann andere Namen,ähnliche Namen und warum es das jetzt alles dreimal gibt, weiß man nicht sorichtig und es gibt es dreimal, weil es dann unterschiedliche Massen hat.
Wolfgang Adam
Das ist ganz klar eine der großen unbeantworteten Fragen in der Teilchenphysik,dass man im Moment keine Erklärung hat, warum es drei Generationen sein sollten.Diese Teilchen haben exakt die gleichen Eigenschaften, nur die Masse ist unterschiedlich. Genau.
Tim Pritlove
Das heißt dieses Myon, von dem wir jetzt die ganze Zeit reden,um das mal ein bisschen bekannter zu machen, ist eigentlich in seinem Wesen ein Elektron.Es ist nur sehr viel schwerer als ein Elektron.In welchem Faktor ist das schwerer, sehr viel schwerer?
Wolfgang Adam
200 Faktor, 1000, 2000, ca.2000. Ca. 2000 sind 500 Kiloelektronvolt und 100 Megelektronvolt.
Tim Pritlove
Ja, wie auch immer. Auf jeden Fall ist sehr viel schwerer, aber ist ansonsten wie so.Warum gibt's da, also das wissen wir nicht, aber warum ist man da jetzt so drauf abgefahren?
Wolfgang Adam
200 Stimmen.
Tim Pritlove
Genau, aber es gibt ja auch noch ein drittes, was dann nochmal extrem viel schwererist, das ist dann das Tauon.
Wolfgang Adam
Genau, das Tauon oder Taulepton.
Tim Pritlove
Das sieht man aber nicht.
Wolfgang Adam
Oh ja, das produzieren wir ebenfalls.
Tim Pritlove
Kann das auch detektiert werden?
Wolfgang Adam
Natürlich, wir detektieren das. Das einzige Problem, es ist schwerer zu detektieren,das Elektronen und Myonen, weil es nämlich relativ instabil ist.Elektronen sind stabile Teilchen, da gibt es kein Problem.Myonen zerfallen, aber die Lebensdauer eines Myons ist so groß,dass sie auf jeden Fall den Detektor verlassen werden, bevor sie zerfallen.Dagegen haben Daunen, eben weil sie schwer sind, eine relativ kurze Lebenszeit.Und das heißt, die würden schon in den ersten Zentimetern des Detektors zerfallen.Das heißt wir werden kein Dow-Lapton als solches durch den Detektor fliegen sehen,sondern das Dow-Lapton kann in verschiedene Konfigurationen zerfallen und umdie Dow-Laptonen zu identifizieren müssen wir eben die Sekundärteilchen,in die das Dow-Lapton zerfallen ist, identifizieren.
Tim Pritlove
Also man weiß schon, dass es da war, aber man sieht es nicht als sollte so.
Wolfgang Adam
Es ist schwieriger zu sehen, ja.
Tim Pritlove
Ok, verstehe. Und warum ist man dann jetzt so scharf drauf?Also was kann man, was meint man oder was kann man denn sozusagen daraus ableiten,dass jetzt sozusagen dieses Myon da ist?
Wolfgang Adam
Ja, wie gesagt, eine direkte Erklärung, warum es eben diese drei Generationen gibt, haben wir nicht.Aber das, wie gesagt, unser derzeitiges Standardmodell,mathematisches Modell, mit dem wir die Teilchen und die Kräfte zwischen denTeilchen beschreiben, setzt eben voraus, dass sich diese drei Generationen gleichverhalten, bis auf die Masse.Und das ist zum Beispiel ein interessanter Teil des Forschungsgebietes,um zu überprüfen, möglichst gut zu überprüfen, ob das wirklich der Fall ist.Weil wenn es nicht der Fall wäre, das würde das Ansatz geben,um neue Theorien zu entwickeln.Und deswegen, das ist natürlich ein Grund, sie zu messen. Der andere Grund,sie zu messen, ist, dass es einfach zusätzliche Möglichkeiten gibt,um andere Teilchen zu vermessen oder zu entdecken.Weil sehr oft, eben dadurch, dass die Elektronen Myon und Olepton dieselbenEigenschaften haben, kann ein Teilchen, das in Elektronen zerfallen kann oderin Myonen zerfallen kann, auch in die jeweils anderen Teilchen zerfallen.Das heißt, wir können dieses zerfallende Teilchen genau untersuchen.Wir haben mehr Möglichkeiten, wenn wir alle drei Zerfallsmodi untersuchen.
Tim Pritlove
Old Myon spielt auch eine Rolle bei der Detektion des Higgs-Bosons?
Wolfgang Adam
Zum Beispiel, ja.Genau, das Higgs-Boson kann in sehr viele unterschiedliche Arten zerfallen.Und eine dieser Arten ist, dass es de facto zuerst in zwei Z-Posonen,das sind die Vermittler der schwachen Wechselwirkung übrigens, zerfällt.Und diese Posonen können dann wieder in Leptonen zerfallen, zum Beispiel.Auch in Quarks, aber sie können auch in Leptonen zerfallen.Und sie können zum Beispiel in zwei Myonen zerfallen. Es könnte jedes dieserzwei Z-Posonen dann in zwei Myonen zerfallen.Und warum uns das besonders interessiert, ist einfach, weil wir die Myonen,das ist wirklich das Objekt, das wir am besten messen können.Sie können auch in Detektoren zerfallen, andere Teilchen, aber der Zerfall ininsgesamt vier Myonen ist das, was wir normalerweise einen goldenen Kanal nennen.Das heißt, das ist wirklich die Art und Weise, die wir am besten messen können.
Tim Pritlove
Ah ja, okay, verstehe.
Wolfgang Adam
Voraussetzung ist natürlich, dass wir alle vier Myonen in einer Zone des Detektorssind, die wir sehen können.Und warum ist es wichtig, dass man die so genau messen kann,ist, weil wir dann aus den, wenn wir die Energien und Richtungen der Virmionenbestimmen, können wir zurückrechnen, die Masse des Teilchens, die zerfallen ist.Das ist, wie wir überhaupt versuchen, typischerweise neue Teilchen zu finden.Es gibt Energiehaltung, d.h. wenn ein schweres Teilchen zerfällt,muss die Masse, also Masse und Energie der Zerfallsprodukte,aus denen kann man wieder die Masse des ursprünglichen Teilchens zurückrechnen.Und man sollte sagen, am LHC, wir haben immer sehr viel...Untergrund. Das heißt, wir suchen ein bestimmtes Ereignis, einen bestimmtenTyp von Ereignis, aber es gibt immer andere Prozesse, die etwas Ähnliches produzieren.Aber dadurch, dass wir diese Masse rekonstruieren können, ist dieser Untergrund,der ist normalerweise einfach zufällig verteilt.Und wenn es wirklich ein neues Teilchen ist, wie das X-Boson im Jahr 2012,dann sehen wir, dann werden die berechneten Massen, werden immer dort an derechten Masse des neuen Teilchens sitzen.Das heißt, wenn wir das ansehen, dann gibt es eben diesen Untergrund,der verteilt ist und über diesem Untergrund werden wir beginnen ein Signal zusehen, dass auf einer bestimmten Stelle immer mehr Ereignisse sind,die genau diesen Wert haben.Das ist wie das X-Boson gefunden wurde und das ist auch die Methode,um nach anderen Teilchen zu suchen.
Tim Pritlove
Genau, weil am Ende ist es ja alles eine statistische Betrachtung,jede Kollision ist anders, immer wieder passiert irgendwas,aber mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit passieren halt bestimmte Dingehäufiger und wenn man das dann eben einfach über Wochen,Monate und Milliarden an Beobachtungen zusammensummiert und plottet,dann entstehen halt diese Grafiken, wo so eine kleine Spitze ist,die halt so einen ganzen Raum voller Wissenschaftler total zum Schreien bringen,weil das dann einfach total irre ist.Und alle anderen fragen sich nur so, was passiert hier eigentlich gerade?Aber das kennt man ja auch aus anderen Sportarten. Also Leute,die mit Fußball nichts zu tun haben, wundern sich ja dann auch mal wieder,was die anderen alle so begeistert.
Wolfgang Adam
Ja, aber etwas zu finden, was man 60 Jahre lang gesucht hat,das kann etwas Begeisterung auslösen. Genau.
Tim Pritlove
Jetzt kommen wir vielleicht so langsam zum Ende und die große Frage ist ja halt immer,wie kann das alles dazu beitragen jetzt auch wirklich was neues zu finden undvielleicht neu ist ja dann auch immer so ein dehnbarer Begriff,also das Higgs Boson war ja nicht in dem Sinne neu, als dass es auf einmal soda war und man gesagt, oh Holla was ist das denn?Sondern das war ja quasi eine Suche nach 60 Jahren, weil es eben diese Theoriegab, wenn es das gäbe, dann würde auf einmal alles zusammenpassen.Alles was wir bisher beobachtet haben, haben wir sozusagen in dieses Standardmodelleingefügt, da fehlte dann aber irgendwie noch so ein Slot und man hat immerso gehofft, dass es das auch gibt, weil dann passt alles zusammen,weil wenn es das nicht gibt, dann passt gar nichts mehr zusammen.Dann müsste man sich was Neues ausdenken und bisher ist noch keinem was anderes eingefallen.
Wolfgang Adam
Naja es gibt einige andere Ansätze, aber es war klar der einfachste Ansatz umdas zu finden und deswegen war es spannend um zu sehen ob dieser Ansatz auchwirklich realistisch ist.
Tim Pritlove
Ich denke es ist ja auch alles gebaut worden. Deswegen hat man den LAC gebaut,deswegen hat man diese Energien versucht aufzubauen,weil man halt einfach so ein gewisses Target hat und sagt okay das ist so derEnergiebedarf den wir benötigen und wenn wir das dann lange genug beobachten,dann haben wir vielleicht eben diese Auffälligkeit und CMS ist einer von denbeiden Detektoren, die das eben mit der hier beschriebenen Technik beobachtethaben, die Statistiken gemacht hat.Atlas das andere, was im Prinzip dasselbe in grün gemacht hat und dann werdenwir halt auch nochmal drüber reden, wie das dort funktioniert und der Vergleichdieser beiden Ergebnisse hat dann eben diese Gewissheit gebracht.So jetzt ist das aber sozusagen aus dem Rennen, Higgs ist jetzt alter Käse.
Wolfgang Adam
Absolut nicht.
Tim Pritlove
Es wird natürlich nach wie vor noch weiter geguckt nach Higgs oder?
Wolfgang Adam
Wir stehen eigentlich am Anfang der Reise, weil Entdeckung heißt,dass wir die ersten überzeugenden Zeichen für die Existenz eines Teilchens gefunden haben.Aber was jetzt gemacht wird, ist zu überprüfen, was wir wissen.Wir haben ein Teilchen gefunden. Das Teilchen entspricht in etwa den Erwartungen der Theorie.Aber was wir jetzt machen ist, um die detaillierten Vorhersagen der Theoriezu überprüfen und zu sehen, ob diesesHiggs-Teilchen wirklich genau das Higgs-Teilchen dieses Modells ist.Und das ist eben ein langfristiges Programm.Das Higgs-Feld gibt eben Masse an die Teilchen und das hängt damit zusammen,wie stark sozusagen diese Teilchen mit dem Higgs-Boson reden. und.Das bedingt auch, wie oft ein Higgs-Boson aus diesen Teilchen erzeugt werdenkann oder wie oft ein Higgs-Boson in diese Teilchen zerfallen wird.Und die Vorhersage des Standard-Modells, dieses Modells ist eben,dass diese Wechselwirkung immer schwächer wird, je leichter Teilchen werden.Und dementsprechend werden die leichteren Teilchen auch seltener im Zerfalleines Higgs-Bosons vorkommen.Und die Entdeckung des X-Bosons wurde im Wesentlichen getragen durch den Zerfallin zwei Arten, eben in zwei Z-Bosonen oder ein Zerfall in zwei Photonen.Jetzt kann man sich fragen, Sie haben gesagt, dass das X hängt mit Masse zusammen.Das X gibt eigentlich die Masse. Photonen sind bekannterweise masselos.Also wie kann ein Higgs-Boson in Photonen zerfallen? Und das geschieht in der Beschreibung,die wir von der Natur in der Quantenfeldtheorie haben, dass da einfach ein komplizierterProzess aufgetreten ist, dass das Higgs ursprünglich in zwei andere Teilchenzerfallen ist und diese Teilchen dann zwei Photonen erzeugt haben.Und in Wirklichkeit hängt das sehr stark zusammen mit dem zerfallen SIX-Bosonsin zwei virtuelle Topquarks, also in schwere Teilchen.Und im Prinzip haben wir jetzt gemessen und wir haben überzeugende Messungen,dass der SIX eben in Z-Bosonen zerfallen kann,in W-Bosonen zerfallen kann, dass der SIX mit Topquarks redet,dass der SIX, also direkt in Topquarks, in zwei Topquarks kann der SIX nichtzerfallen, weil der SIX einfach zu leicht ist.Die zwei Top Quarks zusammen werden schwerer als das X-Poson und deswegen kannes nicht direkt zerfallen.Aber es kann trotzdem in der Produktion und im Zerfall auf indirekte Arten mitdiesen Top Quarks reden.Wir haben den Zerfall in B, Quarks.Und die berühmten Dow-Leptonen. Das sind alles de facto die schwersten Teilchen, die wir kennen.Aber um jetzt überzeugt zu sein, dass dieser Mechanismus der Stärke der Wechselwirkungmit Masse wirklich funktioniert, sollten wir auch sehen, ob es mit den leichteren Teilchen redet.Und wir haben jetzt in CMS, wir haben mit den Daten aus den letzten Jahren daserste Mal einen Hinweis dafür gesehen, dass das X-Boson direkt in zwei Myonen zerfallen kann.Das ist schon jetzt ein großer Sprung in der Masse, weil, wie schon gesagt wurde,die Myonen sind sehr viel leichter als die Dauleptonen zum Beispiel,auch sehr viel leichter als Z-Bosonen oder W-Bosonen. Das heißt,da ist ein großer Sprung.Wir haben eben Hinweise dafür, noch nicht auf dem Niveau,das wir typischerweise in der gleichen Physik Entdeckungsniveau nennen,diese berühmten 5 Sigma statistische Wahrscheinlichkeit, also Wahrscheinlichkeitvon weniger als 1 zu 1 Million, dass das einfach eine Fluktuation war.Aber das steht auf unserem Programm und auch zur Fälle in andere leichte Teilchen,um eben das vollkommen zu überprüfen, das Modell.Und dann auf einer etwas längeren Zeitskala ist die Frage, wie das Higgs mitsich selbst redet und...
Tim Pritlove
Teilchen reden auch mit sich selbst.
Wolfgang Adam
Ja, es kann ein Higgs-Boson zum Beispiel in zwei Higgs-Bosonen zerfallen undzwei Higgs-Bosonen produzieren in seinem Zerfall.Und das Interessante daran ist, dass das Higgs-Boson ursprünglich erfunden wurde,um zu erklären, warum diese W- und Z-Bosonen, für die es in den 80er Jahrenden Nobelpreis gegeben hat und die die schwache Wechselwirkung erklären,warum die nicht wie das Photon masselos sind, sondern warum sie eine Masse haben,eine ziemlich hohe Masse sogar.Und das läuft unter dem Konzept der Symmetriebrechung.Es gibt da in Symmetrienstellen einen sehr wichtigen Bestandteil aller modernenTheorien der Teilchenphysik vor.Symmetrien können so etwas wie die einfache Links-Rechts-Spiegelsymmetrie sein,die wir kennen, aber es kann auch Symmetrien in anderen Formen geben,die zum Beispiel, das wäre sozusagen eine Art Spiegeleffekt,die zum Beispiel ein Teilchen in ein anderes Teilchen verwandeln könnte unddadurch ihre Ähnlichkeit erklärt.Und jedenfalls, das Higgs-Poson hat eben diese spezielle Eigenschaft,Eigenschaft, dass es eine gewisse Symmetrie bricht, also dazu führt,dass die Symmetrie nicht mehr vollkommen respektiert wird.Und das gibt diesen W- und Z-Posonen die Masse.Und das hängt sehr stark davon zusammen, eben wie stark dieses X-Poson sozusagen mit sich selbst redet.Und das ist ein Programm, das ist sehr schwierig zu messen. Das ist ein Prozess,der noch viel seltener ist, als was wir im Moment schon messen und die,Und das wird wirklich ein Programm sein für die nächsten Jahre,für die zukünftige Phase des LACs und dann sogar, wahrscheinlich um Präzisezu messen, auch für die nächste Beschleuniger-Generation, die nachher kommen werden.
Tim Pritlove
Okay, also man ist quasi auf der Mission, also nachdem man sich sicher war,dass Higgs-Prinzip das existiert, das ist da, das ist messbar,das entspricht so gut den Vorhersagen und wir haben es auch aus den statistischenDaten mit der statistischen Sicherheit herauslesen können.Da ist was, geht es jetzt im Wesentlichen darum zu sagen, wie verhält es sichjetzt genau, was hat das für eine Auswirkung.Das ist jetzt sehr kompliziert zu verstehen, dieser ganze Bereich.Aber eine Sache wollte ich mal kurz rausgreifen, weil das irgendwie eben viel,also wenn wir jetzt den Begriff Wechselwirkung hier mit reinnehmen,hab ich ja vorhin schon auch angesprochen, da haben wir es ja sozusagen mitdiesen Naturkräften zu tun.Schwache Kernkraft durch diese WZ-Versionen, die elektromagnetische Kraft durch dieses Photon,die starke Kernkraft durch diese Gluon, die dann halt irgendwie Lepton und Quarkirgendwie zusammenbacken oder auch nicht. Und...Dann gibt's halt noch dieses Higgs. Und jetzt hast du aber auch diesen BegriffWechselwirkung in den Mund genommen, wenn man sagt, wie Higgs jetzt sozusagenmit den anderen interagiert.Heißt das, dass man dann sozusagen, also ist das dann sozusagen noch eine weitereKraft, die wir so bisher so nicht auf dem Zeiger haben oder reden wir jetzthier von einer anderen Wirkung, die nicht auf dem Level sich abspielt?
Wolfgang Adam
Ich würde das nicht als Kraft bezeichnen. Es ist einfach nur,dass es Prozesse gibt, in denen Higgs-Boson und andere Teilchen vorkommen unddie dann… Also nicht jede Wechselwirkung ist eine Kraft, aber jede Kraft ist eine Wechselwirkung?Ja, das könnte man vielleicht so sagen.Aber was man vielleicht zum Programm mit dem Higgs-Boson noch hinzufügen sollte,ist, dass das Higgs-Boson auch sehr interessant ist, um mögliche neue Effekte zu studieren.Wir haben noch nicht erwähnt, dass das Standardmodell, dass wir sehr zufriedensind, dass wir dieses letzte Teilchen des Standardmodells gefunden haben.Aber wir wissen, dass es nicht vollständig sein kann.Und da gibt es einen starken Zusammenhang mit Kosmologie und dem,was wir im Universum beobachten, weil zwei der großen Fragen in der Entwicklung des Universums sind,warum es einen Unterschied zwischen Teilchen und Antiteilchen gibt und was esmit dieser berühmten dunklen Materie im Universum an sich hat.Und beide Themenbereiche hängen mit Teilchenphysik zusammen,weil der Unterschied zwischen Teilchen und Antiteilchen,das ist etwas, was man messen kann in verschiedenen Arten, auch am LHC,Und die dunkle Materie, es ist sehr plausibel, dass die dunkle Materie de factoaus Teilchen besteht, die wir noch nicht kennen.Und wo kommt das Higgs da hinein? In vielen theoretischen Modellen,die versuchen, dunkle Materie mit neuen Teilchen zu erklären,spielt das Higgs-Boson oder mehrere, möglicherweise mehrere andere Higgs-Bosonen noch eine Rolle,um sozusagen die Welt, die wir da jetzt schon kennen, und diese dunkle Weltmiteinander zu verbinden, also Verbindungen herzustellen zwischen den Teilchen, die wir kennen,und der Produktion von Teilchen, die wir noch nicht können und die zum Beispieldunkle Materie hervorrufen könnten.
Tim Pritlove
Also zum Beispiel würde man jetzt, und das ist ja unter anderem auch geplant,noch einen größeren Ring bauen und damit noch mehr Energien aufbauen könnenund noch fettere Detektoren bauen,die mit diesen Energien auch umgehen, was dann noch größere Magneten wären undüberhaupt kann man sich das fast schon gar nicht mehr vorstellen,Wie groß das alles wäre, auf jeden Fall wenn man sozusagen höhere Energien noch beobachten könnte,dann könnte es vielleicht theoretisch sein, dass auch in der Mangelung einerpassenden Theorie zu diesem Zeitpunkt mal halt an irgendeiner Stelle mit nochmehr Energien nochmal so einen kleinen Hopser in der Kurve hat.
Wolfgang Adam
Das muss nicht unbedingt beim nächsten, das könnte natürlich beim nächsten Beschleunigersein, aber selbst bei uns könnten Prozesse sein, die einfach so selten sind.
Tim Pritlove
Die einfach selten sind, das ist der andere Punkt. Oder aber eben auch,dass man erstmal woanders noch suchen muss, das meinte ich eigentlich mehr.Also es könnte auch sein, dass man nochmal ganz woanders gucken muss,als wir derzeit gucken können und dort sozusagen nochmal so ein Geschwisterhicks haben,die dann vielleicht einfach nur in der Antimaterie irgendwas machen und da dieseMassen erzeugen, die wir quasi da ja ausmachen.Weil das ist ja das, was wir sehen. Wir sehen, dass da irgendwas gravitativ wirkt,Galaxien irgendwie zusammenhält und auf andere Geschwindigkeiten bringt,die sich eben mit unserer Vorstellung der normalen Materie nicht verbinden lässtund von daher irgendwie das große Fragezeichen, also eins der großen drei Fragezeichenist, die wir derzeit so im Weltall haben.
Wolfgang Adam
Ja, aber die Verteilung von dunkler Materie und die Geschichte des Universumssagt uns, dass es eine gewisse Verbindung, eine sehr, sehr schwache Verbindung,aber zwischen diesen Teilchen, wenn es Teilchen sind der dunklen Materie,und den normalen Teilchen geben sollte.Und das ist eben Teil des Forschungsprogramms. Mit dieser Verbindung könntenwir diese Teilchen unter Umständen hier auch schon im LHC produzieren und mit dem Detektor sehen.Das ist übrigens ein interessanter Aspekt, dass die Detektoren de facto auchDeichen Detektieren können, die gar nicht direkt im Detektorsignal hinterlassen.
Tim Pritlove
Man kann etwas detektieren, was man gar nicht detektiert?
Wolfgang Adam
Genau, das betrifft schon bekannte Teilchen.Im Standardmodell mit den Elektronen, das Elektron hat nicht nur schwere Geschwister,sondern auch ein Pendant, das ist das Neutrino, das zum Beispiel in großen Mengenin der Sonne in den Kernprozessen erzeugt wird.Und das Neutrino ist fast masselos und hat nur eine sehr schwache Wechselwirkung mit Materie.Das heißt, die Neutrinos würden aus unseren Detektoren hinauslaufen und wirwürden sie nicht sehen. Aber auch wenn wir zum Beispiel Teilchen der dunklenMaterie erzeugen könnten, würden diese auch den Detektor verlassen, ohne dass wir sie sehen.Aber wir können uns ein Prinzip in der Physik zunutze machen,und das ist, es gibt die Energieerhaltung, aber es gibt auch ein Prinzip,das nennt sich Impulserhaltung, das ist also, sagen wir so, verwandt mit derEnergie, aber das spielt sich in allen drei Raumrichtungen ab.Das heißt, man kennt vielleicht dieses Spiel mit dem Bändeln mit den Kugeln,wo man die Kugel fallen lässt und dann läuft auf der anderen Seite eine Kugelraus. Das ist de facto Impulserhaltung und das könnte man auch in drei Dimensionen machen.Jedenfalls, wir haben das Prinzip, dass die Protonen, die zusammenlaufen,die bewegen sich entlang des Beschleunigers, auf einer geraden Linie eben,aber nicht links, rechts, oben und unten.Und daraus schließt man, dass die Summe aller Teilchen, die nach der Kollisionproduziert wird, kann insgesamt, kollektiv sozusagen, auch keine Bewegung links,rechts, oben und unten haben.Und wenn da jetzt aber ein Teilchen dabei wäre mit hoher Energie,das wir nicht sehen, Und wir machen die Summe über alle sichtbaren Teilchenund würden sehen, dass die Summe der sichtbaren Teilchen in irgendeine Richtung zeigen würde.Während das unsichtbare Teilchen in die andere Richtung gegangen wäre.Und auf diese Art und Weise können wir feststellen, ob ein unsichtbares Teilchenden Detektor verlassen hat.
Tim Pritlove
Also man rechnet sozusagen einfach nach wie viel Energie ist denn hier insgesamtfehlt, was fehlt, fehlt und daraus kann man schließen.
Wolfgang Adam
Und damit könnte man zum Beispiel sehen, falls dunkle Materie produziert würdeund das ist ein wichtiger Teil unseres Forschungsprogramms.
Tim Pritlove
Ja, spannend. Das bringt uns jetzt so ein bisschen ans Ende.Können natürlich jetzt noch stundenlang weiter philosophieren,aber um es vielleicht mal abzurunden.Man sieht, dass die Detektoren halt auf der einen Seite dazu beitragen,bestehende Theorien zu überprüfen und das eben teilweise mit Erfolg,aber auch das nicht Nachweisen ist ja in gewisser Hinsicht auch ein Erfolg,aber auch noch sehr viel Potenzial hat jetzt sozusagen auf dem nächsten Wegmit der existierenden Technologie plus der Upgrades, die ja hier regelmäßigstattfinden, die halt Dinge genauer machen, verfeinern, Energien erhöhen usw.Anders ballen, dass man eben auch auf dem Pfad zu weiteren Erkenntnissen kommen kann.Also jetzt nicht mit dem Higgs ist nicht das ganze Pulver verschossen worden. Nein, absolut.
Wolfgang Adam
Und wie gesagt, wenn man ein neues Teilchen entdeckt, das ist die erste Stufe,die ist Entdeckung und die zweite Stufe ist dann, um dieses neue Teilchen defacto als Werkzeug zu verwenden, um neue Erkenntnisse zu bekommen.
Tim Pritlove
Ja, gut Wolfgang, ich sag vielen Dank für die Ausführung zum CMS,das war alles sehr interessant, sehr spannend.Ja, und ich bedanke mich fürs Zuhören, das war's zum CMS, weiter geht's dannmit dem Atlas, gucken wir mal wie die auf die Welt schauen, ja.Und dann geht's halt hier wieder weiter. Bis dann sagt Tschüss, bis bald!

Shownotes

RZ113 CERN: Der ALICE-Detektor

Das ALICE-Experiment auf der Suche nach dem Wunderland des Quark-Gluon-Plasmas

Das ALICE-Experiment ist eines der großen Detektorsysteme am CERN in Genf und nutzt den CERN-Beschleunigerring um die Kollision schwerer Ionen zu beobachten. Dabei entsteht ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma, in dem sich Atom zu einem Teilchenbrei vermengen wie man es vermutlich kurz nach dem Urknalls vorgefunden hat.

Dauer:
Aufnahme:

Kai Schweda
Kai Schweda

Wir sprechen mit Kai Schweda, derzeit der offizielle Sprecher und Projektleiter des ALICE-Teams am CERN. Wir schauen auf die physikalischen Hintergründe, die aufwändige Technik und Funktionsweise des Detektors, welche Ergebnisse das Experiment bisher schon hat liefern können und was für Aufgaben und technische Weiterentwicklungen in den nächsten Jahren zu erwarten sind.


Für diese Episode von Raumzeit liegt auch ein vollständiges Transkript mit Zeitmarken und Sprecheridentifikation vor.

Bitte beachten: das Transkript wurde automatisiert erzeugt und wurde nicht nachträglich gegengelesen oder korrigiert. Dieser Prozess ist nicht sonderlich genau und das Ergebnis enthält daher mit Sicherheit eine Reihe von Fehlern. Im Zweifel gilt immer das in der Sendung aufgezeichnete gesprochene Wort. Formate: HTML, WEBVTT.


Transkript
Tim Pritlove
Hallo und herzlich willkommen zu Raumzeit, dem Podcast über Raumfahrt und andere.Kosmische Angelegenheiten.Mein Name ist Tim Pridlaff und ich begrüße alle hier zu einer weiteren Ausgabe von Raumzeit.Und wie schon in den letzten Sendungen sich abgezeichnet hat,heute geht's wieder um das ZERN.Ich bin hier in Genf vor Ort und spreche mit einer ganzen Reihe von Gesprächspartnern.Und so auch in dieser Sendung. Und heute geht es um die Detektoren,die es ja hier so einige gibt, an dem großen Large Hadron Collider,dem großen Beschleunigerring, der hier aufgebaut worden ist in den letzten Jahrzehntenund fleißig betrieben wird und wie man ja auch schon gehört hat zu diversenwissenschaftlichen Erkenntnissen geführt hat.Und diese Erkenntnisse gäbe es nicht, würde nicht das, was da beschleunigt wird,auch mal ausgelesen werden.Es muss ja auch was kollidieren, wenn man diese Kollision auswerten will.Und eine dieser Kollisionsmaschinen, dieser Detektoren heißt ALICE,Large Ion Collider Experiment und darüber spreche ich heute mit Kai Schweda.Hallo, herzlich willkommen bei Raumzeit.
Kai Schweda
Hallo Tim, gut dich zu sehen.
Tim Pritlove
Ja, Kai du bist, stimmt das, Alice Deputy Spokesperson steht hier.
Kai Schweda
Genau, seit Januar diesen Jahres für drei Jahre. Spokesperson wird demokratischgewählt von den teilnehmenden Instituten und alle drei Jahre gibt es einen neuenSpokesperson. Und der ist auch nicht wiederwählbar, das heißt nach drei Jahren ist es vorbei.
Tim Pritlove
Aha, warum macht man das?
Kai Schweda
Generell ist es am Zehren so, dass auch die Generaldirektorin,die wir jetzt haben, von den Mitgliedstaaten gewählt wird.Das macht man, dass Machtstrukturen nicht verkrusten. Wir haben ja gesehen,wenn eine Kanzlei in Deutschland vier Legislaturperioden überlebt...Da haben die Leute die Schnauze voll. Und genau das ist das Ziel vom CERN.Selbst die Sekretärinnen in den Sekretariaten wechseln alle 5 oder 6 Jahre die Abteilung auch um,natürlich auch wenn man eine bestimmte Aufgabe eine Zeit macht,wird es sehr routinemäßig, dann sehen die andere Abteilungen und das wird sehraktiv betrieben beim CERN.
Tim Pritlove
Es gibt ja auch genug, wo man durchrotieren kann. Also es bleibt abwechslungsreich.Und ich denke das schärft dann auch den Blick für das Ganze dann doch auch,dass man sieht, aha andere Abteilungen machen auch cooles Zeug und haben abervielleicht einen anderen Stil und dann übertragen sich natürlich auch Erfahrungen.Aber das heißt, dass man nicht mehr so viel Wissenschaft macht oder?Wenn man Spokesperson ist oder ist das nur so ein Anhängsel?
Kai Schweda
Nach wie vor zwei Doktoranden, die ich betreue, die unsere Daten auswerten undPhysikanalyse betreiben und die auch veröffentlichen die Ergebnisse.
Tim Pritlove
Also es ist eigentlich nur so ein zusätzlicher Job und kein neuer.
Kai Schweda
Also ich denke Spokesperson, das ist ja der CEO wäre das, bei einer großen Aktiengesellschaftoder im deutschen Sprachraum ist das der Vorstandsvorsitzende.Ich bin der Stellvertreter.Und ich behalte noch mehr 10% meiner Zeit für Dinge, die mir Spaß machen,zum Beispiel Doktorandbetreuung, ich mache noch Lehre in der Uni Heidelbergin der Physik und das will ich nicht aufgeben. Als Brooks-Person wird es vielleicht anders.
Tim Pritlove
Wie hat es dann angefangen mit der Wissenschaft?
Kai Schweda
Ich denke schon in der Schule, so rückblickend waren immer die Naturwissenschaftendas, was mich interessiert hat und dann im Studium war es die Kernphysik.Alles andere hat mich dann weniger interessiert.
Tim Pritlove
Warum?
Kai Schweda
Das kann ich nicht sagen. Vielleicht ist das Purismus,dass man die Kern- und Teilchenphysik versucht ja die Natur zu beschreiben,indem man die Kräfte auf fundamentale Teilchen und fundamentale Wechselwirkungenreduziert und vielleicht ist es dieser Reduktionismus, den ich so attraktiv finde.
Tim Pritlove
Ja und auch natürlich dieser Teilchen Zoo, das hatten wir ja schon im Eingangsgespräch,Standardmodell, das ist einfach so das, was alles definiert.Von daher glaube ich auch nochmal besonders interessant sein kann.
Kai Schweda
Da gibt es unterschiedliche Meinungen, wir versuchen das,wie gesagt, über fundamentale Teilchen- und Wechselwirkungen zu beschreiben,aber selbst wenn man diese Wechselwirkungen nicht beliebig genau kennt,könnte niemand ausrechnen, welche Formation eine Schneeflocke wenn man alsoSysteme hat, die aus sehr vielen Teilchen bestehen.Prinzipiell kann man das machen, es gelingt aber keinem, weil dann gibt es ebenkollektive Phänomene, die nicht immer aus den fundamentalen Wechselwirkungen kommen.
Tim Pritlove
Oder anders ausgedrückt, Europa braucht unbedingt ein Schneeflockenformungsforschungszentrum.
Kai Schweda
Nein, ich will das nicht ins Lächerliche ziehen, aber es gibt auch emergentePhänomene, auch ALICE beschäftigt sich damit, vielleicht kommen wir da nochspäter drauf, die man eben nicht so einfach aus den fundamentalen Wechselwirkungen herleiten kann.
Tim Pritlove
Alles nicht so einfach. Trotz alledem gibt es den Bedarf hier mal ins Detail zu gehen.Ja, Alice. Also ich habe es schon gesagt, Large Ion Collider Experiment mitden Abkürzungen ist ja immer so eine Sache. Man will immer auf irgendwas hinaus.Eine schöne Abkürzung, liest sich halt gut.Aber es beschreibt ja schon auch in etwa was getan wird. Wovon reden wir jetzt?Wir haben hier am Standort den großen Ring, den Archidron Collider,den Beschleunigerring, der halt die Teilchen ordentlich auf Fahrt bringt.Und entlang dieses Rings gibt es verschiedenste Instrumente,wie man sagt, wobei das Wort irgendwie nicht so richtig erfasst,um was für Kolosse es sich dabei handelt.Sehr sehr große, sehr komplexe technische Geräte, die dann eben diese beschleunigtenTeilchen kollidieren lässt und sie dabei beobachtet.Also ein Detektor. ALICE ist jetzt einer dieser Detektoren, die alle mehr oderweniger, also die sozusagen alle parallel und unabhängig voneinander entwickelt wurden.Das heißt hinter jedem dieser Detektoren steckt eine eine Philosophie,eine Technik Wissenschaftsphilosophie, wie man auf dieses beschleunigte Teilchen schaut.
Kai Schweda
Also wir schauen nicht auf das beschleunigte Teilchen, sondern auf das kollidierende.Die beiden Teilchen kriegen sehr viel Energie mit. Das ist Bewegungsenergie.Und die kollidieren und dann wird in dieser Kollision ein Großteil dieser Energie,die ich vorher reinstecke mit dem Collider, mit dem Beschleuniger,die wird frei und erzeugt neue Teilchen. Da entstehen in der Kollision neueTeilchen und diese neuen Teilchen, die untersuchen wir.
Tim Pritlove
Und was ist jetzt sozusagen die Philosophie gewesen beim Design von ALICE?
Kai Schweda
Anfang der 1990er Jahre hat das CERN ernsthaft überlegt und auch eine Designstudiezum Large Hadron Collider entwickelt.Das heißt, sie haben sich überlegt, welche Energie brauchen wir,um in der Teilchenphysik Fortschritt zu machen. Es ging damals um das Higgs-Boson,das auch vor zehn Jahren entdeckt wurde.Und dann war klar, da gab es dann die Teilchenphysik-Gemeinschaft,die Community, baut traditionell zwei Detektoren mit unterschiedlicher Technologie,um eben diesen Nachweis des Higgs-Teilchens einwandfrei festlegen zu können.
Tim Pritlove
Weil wenn man das gleiche sieht oder dieselben Schlüsse zieht aus zwei vollständigunterschiedlichen Beobachtungen, dann kann man auch sicher sein, dass es stimmt.
Kai Schweda
Genau, so ist das traditionell in der Teilchenphysik, auch bei anderen Kollidern wurde,als das Topquark entdeckt wurde, waren es auch zwei große Experimente und dannwar klar am Large Hadron Collider, dieser Ring, die ja 100 Meter unter der Erdeist, der 27 Kilometer lang ist, hat vier Kollisionszonen.Da war vorher ein anderer Kollider drin, der Elektronen und Positronen kollidierthat. Und da gibt es vier Wechselwirkungspunkte, wo die Strahlen kollidieren.Es gab also noch zwei weitere.Kollisionspunkte, wo man ein Experiment aufstellen kann und dann hat sich unser Feld,das noch recht jung ist, die schweren Physik überlegt, wir könnten da bei diesenhöchsten zugänglichen Kollisionsenergien einen Detektor bauen und der ist nichtfür Proton-Proton-Kollisionen zuständig,denn in Proton-Proton-Kollisionen wurde das Higgs-Boson entdeckt und wird weitererforscht, welche Eigenschaften es hat, Sondern man kann auch einen Monat proJahr, also eine relativ kurze Zeit, schwere Bleikerne reinsetzen und die beschleunigen.Und das ist das zentrale Thema von ALICE.
Tim Pritlove
Was ist jetzt so besonders an diesen schweren Teilen?
Kai Schweda
Die Frage ist, was passiert, wenn ich sehr viel Energie in ein Volumen pumpe,das sehr viel größer ist als ein Proton.Darüber ist noch wenig bekannt. was passiert mit dem Vakuum,wenn ich da sehr viel, sehr sehr viel Energie reinstecke, über ein sehr großesVolumen, groß, wie gesagt, groß im Vergleich zu der Größe eines Protons.Und dann kommen da eben bei einer Proton-Proton-Kollision kommen ein paar hundertTeilchen raus, die erzeugt werden.Bei einer Blei-Blei-Kollision, da habe ich ja, Blei hat 82 Protonen und dieseBleikerne sind völlig nackt. Wir nehmen denen alle Elektronen weg,dass man sie möglichst stark beschleunigen kann. Das heißt, dieser Bleikernist 82 Plus geladen, der hat die Ladung von 82 Protonen.Und dann kommen noch 126 Neutronen dazu. dann habe ich also 208.Nukleon, also 208 Protonen plus Neutronen, habe ich ein sehr großes System,das kollidiert und da entstehen 20.000 geladene Teilchen, nicht nur ein paarhundert. Und das ist der große Unterschied zu ALICE.Wir müssen bei einer einzigen Kollision eine sehr, sehr hohe Teilchenzahldichteuntersuchen können und dafür haben wir einen speziellen Detektor gebaut.Also die Überlegung, was für einen Detektor wir gebaut haben,kommt daraus, was passiert in dieser Kollision.Und es war sehr schnell klar, wenn man am Large Hadron Collider ein Schwerion-Experiment,in dem man Bleikerne kollidiert, bauen möchte, braucht man zunächst mal praktischdie gesamte Physikergemeinschaft, die sich mit so einer Physik beschäftigt.Weil man einfach einen Detektor, weil die Herausforderungen so groß sind aufder Detektorseite, auf der Datenaufnahmeseite vom Rechenanspruch,dass man da praktisch fast alle Physiker, die in dem Feld arbeiten, zusammenbringen muss.Und dann war auch sehr schnell klar, da muss dieser Detektor nicht nur eineTeilmessung machen oder ein ganz besonderes Signal und eine Sonde untersuchenkönnen, sondern sehr breit aufgestellt sein, dass er möglichst alle Signale erkennen kann.
Tim Pritlove
Warum nimmt man Blei? Also es gibt ja sicherlich auch noch schwerere,man kann ja auch Uran nehmen.
Kai Schweda
Ja genau, Uran wurde auch gemacht, nicht Amzern. Dazu braucht man eine bestimmte Quelle.Quelle. Man fängt ja an ein Teilchen zu beschleunigen, in dem es immer zum Beispielim Proton nimmt man das Elektron weg, dann ist es positiv geladen,dann lege ich ein elektrisches Feld an und im elektrischen Feld bewegt sicheine positive Ladung entlang der Feldlinie und wird beschleunigt.Und Blei ist möglichst schwer, Uran ist noch schwerer.Aber für Uran muss man eine spezielle Quelle haben, das hat das CERN nicht,das wurde aber in anderen Experimenten gemacht. Da braucht man eine ganz spezielleQuelle. Das ist also ein technologisches Argument.
Tim Pritlove
Also Quelle im Sinne von, also nicht wo man das Uran her bekäme,sondern wie man das sozusagen erstmal in den Ring überhaupt reinschweißt.Wie man das vorbeschleunigt.
Kai Schweda
Die Frage ist immer, wie fange ich an? Ich habe zuerst ein neutrales Atom,ein Bleiatom oder ein Bleikern.Und da muss ich erst mal den positiv oder auch negativ laden.Ich gebe ihm ein Elektron dazu und ich nehme eins weg aus der Atomhülle unddann fange ich an, das zu beschleunigen.Und das ist die Schwierigkeit bei Uran. Wir hatten auch sehr gerne Uran-Kollisionen.
Tim Pritlove
Okay, also bleiht sozusagen der Kompromiss aus. Da weiß man,wie man es hinkriegt und es ist schwer genug, dass es einen Unterschied macht.
Kai Schweda
Ganz genau, aber der LHC hat auch mittelschwere Kerne schon kollidiert, Xenonkerne.Das hat wunderbar funktioniert. Da hatten wir mal sechs Stunden Strahl mit Xenonkerne.
Tim Pritlove
Und warum ist jetzt sozusagen, also das habe ich noch nicht so ganz verstanden,also klar Protonen aufeinander ballern, das bringt einen schon mal weit undhat auch irgendwie das Higgs-Feld nachweisen können.Was ist jetzt sozusagen die Erwartungshaltung gewesen, wenn man sagt,okay, es ist besser, wenn manjetzt viele Protonen hat, weil man dann mehr sieht oder was anderes sieht?
Kai Schweda
Weil man genau neue Eigenschaften sieht. Man sieht dann plötzlich,das muss ich weiter ausholen, die Protonen sind ja keine fundamentalen Teilchen.Elektron ist ein Elementarteilchen, das hat eine Ladung, das hat eine bestimmteMasse, aber Protonen sind ja ausgedehnt,die bestehen selbst noch mal aus Elementarteilchen, das sind die Quarks.Und das ist eben das fundamentale Teil, die Quarks sind Bestand der Bis dahin.Des Standardsmodells der Teilchenphysik und da gibt es sechs verschiedene Quarks.Ich kann mal aufzählen, die Physiker sind nicht besonders innovativ,wenn sie neue Namen geben.Da gibt es einen Up-Quark und einen Down-Quark und daraus besteht unsere gesamteWelt. Ich kann zwei Up-Quarks nehmen und einen Down-Quark, dann habe ich dreiQuarks und das ist ein Proton.Ich kann andersherum zwei Down-Quarks nehmen, einen Up-Quark,auch wieder drei Quarks, dann habe ich einen Neutron.Da nehme ich noch das Elektron dazu und damit kann ich vom Wasserstoffatom biszum Blei oder Uranatom das komplette Periodensystem bauen.Alles zusammenbauen und das ist unsere Welt, aus der wir auch bestehen,wo aus dieser Tisch hier besteht.Und die Natur hat es aber so eingerichtet, dass es noch eine zweite und dritteGeneration oder Familie, das sind Synonyme, man kann beides nehmen, sagen, gibt.Und kein Mensch weiß, warum es jetzt eine zweite und eine dritte Generation gibt.Es gibt auch genau drei, auch das wurde am LAC untersucht, auch bei anderen Beschleunigern.Gibt es denn nicht noch eine vierte, fünfte, sechste Familie?Gibt es nicht. Zumindest nicht bei den Energien, die uns momentan zur Verfügung stehen.Und das ist eines der großen Rätsel im Standardmodell der Deutschmusik.Warum gibt es drei Familien und genau drei und nicht mehr und nicht weniger?So und dann kommen wir zur starken Wechselwirkung. Die Protonen,diese Quarks, werden zusammengehalten von der starken Wechselwirkung.Wir kennen ja aus der Schule, aus dem Alltag, die elektromagnetische Wechselwirkung,elektrische Ladungen, magnetische Felder.Wir kennen die Schwerkraft, die, die Gravitation, die hat gespielt keine Rolleim Standardmodell der Teilchenphysik, die wird nicht berücksichtigt.Aber es gibt noch zwei im Standardmodell, zwei weitere mikroskopische Kräfte,das ist die schwache Kernkraft oder die schwache Kraft, Die ist zum Beispieldafür verantwortlich, dass ein Neutron zerfällt in ein Proton und ein Elektron und ein Neutrino.Und dann gibt es noch eine Kraft, das ist eben die starke Kraft.Und diese beiden Kernkräfte haben sehr kurze Reichweiten. Wir wissen ja vonder elektromagnetischen Wechselwirkung, die geht unendlich weit.Oder wir sehen, wir spüren die Schwerkraft der Sonne, die 150 Millionen Kilometervon uns entfernt ist, spüren wir, weil die Erde sich eben um die Sonne bewegt.Und diese Kernkräfte haben sehr, sehr kurze Reichweiten, also sehr viel kleinerals die Größe von einem Atom.Deshalb sind die so schwierig zu sehen.
Tim Pritlove
Und deswegen sind sie ja auch im Fokus.Okay, und inwiefern, also was ist jetzt sozusagen die konkrete Perspektive von Alice?Also Alice versucht es quasi so zu betrachten,dass man eben dadurch, dass man diese schweren Bleiatome beziehungsweise nicht die Atome,sondern die Kerne, die Bleikerne kollidieren lässt und diese extreme Teilchendichtezu erzeugen und dann hat man sozusagen die Hoffnung und die Erwartung und mittlerweilewahrscheinlich auch schon die Erkenntnis,dass man daraus dann Schlüsse ziehen kann auf das Wesen dieser Elementarteilchen und dieser Kräfte.
Kai Schweda
Ja, dazu dient, dass ich soweit ausgeholt habe. Diese Quarks,die in den Protonen eingeschlossen sind, die tragen jetzt eine Farbladung,so wie ein Elektron eine elektrische Ladung trägt.Und diese Ladung ist ja Ursache für eine Kraft. Die elektrische Ladung ist dieUrsache für die elektromagnetische Kraft, dass sich ein Proton und ein Elektron anziehen.Und so tragen die Quarks, die tragen auch elektrische Ladung,aber die tragen auch Farbladung und das ist Ursache für die starke Kraft.Und jetzt ist es so, ein freies Elektron können wir beobachten oder wir habendas sogar in dem Collider, vor dem Lärmschadung Collider hatten wir Elektronenund sogar Positronen, freie Teilchen im Ring, die wir beschleunigen konnten.Wir können auch Lichtteilchen, die von der Sonne kommen, können über sehr großeDistanzen sich fortbewegen bis zu uns, zur Erde, bis zu unserem Auge und werden dort dann detektiert.Die Quarks, aufgrund der Tatsache, dass die jetzt noch diese starke Farbladungtragen, dass die in der starken Wechselwirkung teilnehmen, diese Quarks istes uns noch nie gelungen, ein freies Quark zu beobachten.Also die sind eingeschlossen in diesem Proton und egal was man tut,Leuten 40, 50 Jahre lang.Stark danach geschaut, irgendwo im Experiment mal freie Quarks zu beobachten, das ist nie geschehen.
Tim Pritlove
Woher wusste man denn, dass es denn Quarks gibt, wenn man sie nicht beobachten kann?
Kai Schweda
Ah ja, das ist eine interessante Frage, das war in den 1960er Jahren,hat man die Struktur von einem Proton oder auch von Atomkern untersucht,mithilfe von Elektronenstreuung.Das Elektron ist ja ein Elementarteilchen, das hat selbst keine Struktur,das hat also keine Breite, keine Höhe, keine Länge.Es hat keine Dimension. Es ist punktförmig nach allem, was wir wissen.Wir haben noch nie festgestellt, dass das Elektron noch eine Unterstruktur hatund irgendwie ausgedehnt ist.Zumindest mit der experimentellen Auflösung, die wir heute erreichen,die mehr als tausend Mal besser ist als die Größe vom Proton.Also ein Elektron ist punktförmig im Standardmodell.Und mit diesen Elektronen, die hat man auf Protonen geschossen und aus dem gestreutenElektron dann über die Struktur des Protons einen Aufschluss erhalten.Das kann man sich vorstellen, wie wenn die Leute ein Einzelspalt-Experiment kennen.Wenn ich mit Licht auf eine Struktur leuchte, sehe ich, wenn die Lichtwelleungefähr die Größe hat von dem Spalt oder von dem Teilchen, das ich untersuche,dann sehe ich Beugungseffekte.Dann sehe ich eben nicht nur Licht und Schatten, sondern ich sehe Beugungseffekte im Licht.Und daraus kann ich auf die Größe des Deichens schließen. Das hat man gemachtmit Elektronen, also mit Materiewellen.Die Materiewellen haben sehr viel kürzere Wellenlängen als normales Licht,das uns zur Verfügung steht.Und dann hat man nicht nur das Licht gebeugt, man hat auch, das nennen die Physiker,inelastische Kollisionen gemacht.Das hat man mit sehr hohen Energien auch wieder an einen Beschleuniger,der damals die höchsten Energien zur Verfügung gestellt hat,mit Elektronen, die viel Energie hatten, auf den Proton geschossen und aus diesemStreumuster schließen können,dass hier Elementarteilchen mit einer bestimmten Ladung im Proton sind,genauso wie Radaford das vor über 100 Jahren mit am Goldkern gemacht hat mit Alpha-Teilchen.Er hat also ein Streuexperiment gemacht bei hohen Energien und dann gesehen,aha, die Proton haben noch eine innere Struktur.
Tim Pritlove
Weil sie nicht sich punktförmig verhalten, sondern in irgendeiner Form aus etwasanderem komponiert sind?
Kai Schweda
Man hat genau gesehen, das Proton ist ja ausgedehnt, das verhält sich nichtpunktförmig und dann hat man gemerkt, wenn man zu sehr, sehr hohen Energiengeht, sieht das so aus, als würde man wieder an einem punktförmigen Teilchen streuen.Und das sind diese punktförmigen Quarks mit einer Elementarladung von plus zweiDrittel der Elektronenladung oder minus zwei Drittel.
Tim Pritlove
Nur isoliert hat man sie halt nicht bekommen, die Quarks. Vielen Dank.Und das ist das, was Ellis dann versucht.
Kai Schweda
Genau. Das heißt, wenn man jetzt, dazu gibt es auch Rechnungen und schon seitden Anfangen der 1970er Jahren Vorhersagen,wenn man jetzt Kernmaterie genügend aufheizt und oder gleichzeitig komprimiert,also zusammendrückt, dann wird dieser Einschluss zumindest für kurze Zeit aufgehoben.Und dieser Einschluss, wenn man Kernmaterie auf zwei Billionen Grad Celsiuserhitzt, Dann wird dieser Einschluss wieder aufgehoben und die Quarks und Gluonkönnen sich quasi frei bewegen über ein relativ großes Volumen.Beim Collider kann man sich das so vorstellen, wenn ich jetzt Apfelsin habeund mache die in eine Aldi-Tüte und stoße diese zwei Aldi-Tüten mit möglichsthoher Geschwindigkeit zusammen,mit Lichtgeschwindigkeit und dann mache ich die Tüte auf, dann sind diese Apfelsin,das die Protonen und Neutronen sind, die sind dann nicht mehr da,sondern da ist nur noch der Saft da.Und das ist unsere Ursuppe, die aus Quarks und Gluten besteht.
Tim Pritlove
Das Quark, Glut und Plasma?
Kai Schweda
Ganz genau.
Tim Pritlove
Also sozusagen ein neuer Zustand, den man so im Normalzustand nicht antrifft,sondern der nur stattfindet, wenn besonders hohe Energien darauf angewendet werden.
Kai Schweda
Ganz genau. Und der Zugang zur Kosmologie ist folgender, das Olimersium dehntsich ja aus seit seiner Entstehung, seit dem Urknall.Das heißt, heute sind wir ungefähr 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall.Das Universum hat sich sehr stark abgekühlt.Wenn ich jetzt die Zeit zurückdrehe, würde sich das Universum wieder zusammenschrumpfenund es wird immer dichter und heißer.Und ungefähr wenige Millionsel Sekunden nach dem Urknall war das Universum ebenso heiß, dass da keine Atomkerne bestehen konnten. Selbst die Bausteine derAtomkerne, die Protonen, Neutronen konnten nicht bestehen, weil die Temperaturen so hoch waren.Das heißt, die gesamte Materie, die wir heute sehen, aus der wir auch bestehen,aus der unsere Erde entsteht, aus der die Sonne besteht,Die ganze sichtbare Materie, die wir heute sehen, die lag in so einem Zustandvor, dass wir Quark-Gluten-Plasma nennen.Die gesamte Materie lag, wenn Sie so wollen, als Suppe aus Quark und Gluten vor.Und wir versuchen jetzt am Large Hadron Collider so ein kleines Tropfen dieserUrsuppe wieder herzustellen.
Tim Pritlove
Also sozusagen so ein Blick in den Urknall, könnte man fast sagen.Ich meine, die ganze Urknalltheorie ist ja wirklich bestechend,weil sie ja in gewisser Hinsicht viel von dem erklärt, was wir heute sehen unddieses Gedankenexperiment, quasi das Universum in der Zeit rückwärts laufenzu lassen, hat ja schon zu so einigen Vorhersagen geführt.Und wenn man sich mal vorstellt,heute haben wir halt so ein sich ausdehnendes Universum und wir falten das jetztsozusagen wieder zusammen,dann wird's halt erstmal kleiner und langsamer,jetzt wird's ja immer schneller, Es wird kleiner,langsamer, verdichtet sich irgendwann, man hatte dann,jetzt hab ich die Zahl vergessen, an bestimmten Zahl von Jahren nach dem eigentlichenKnall diesen Moment, wo alles soweitsich aufheizt, also normalerweise die Abkühlung jetzt heizt sich auf,dass gar kein Licht mehr frei fließen kann und das ganze Universum sozusagen undurchsichtig wird.Und wenn man es jetzt immer weiter komprimiert und die Temperatur immer weiter zunimmt,sind halt also all diese ganzen Strukturen, wie wir sie heute kennen,so gar nicht mehr da und alles besteht eigentlich nur noch aus so einer Suppeaus Elementarteilchen, in diesem Zustand der totalen Hitze nicht in der Lagesind, sich zu verbinden.Aber in dem Moment, wo man alles expandiert und sich abkühlt stellen sich sozusagendiese Verbindungen her und mit die erste Verbindung,die sich herstellt ist sozusagen, dass die Quarks durch diese Gluonen zusammengehaltenwerden und sich damit überhaupt erst Protonen bilden, die dann später zu Atomen werden.
Kai Schweda
Ganz genau. Dieser Zeitpunkt istauch ganz wichtig in der Geschichte des Universums, den du genannt hast.Nach ungefähr 380.000 Jahren hat sich das Universum soweit abgekühlt durch dieAusdehnung, durch die Expansion, dass die Protonen sich Elektronen eingefangenhaben. Dann gab es also elektrisch neutrale Atome.Und erst ab dem Zeitpunkt wurde das Universum durchsichtig oder transparentfür Licht, für Photonen.Vorher wurden die ständig von diesen Elektronen und Protonen absorbiert, wieder emittiert.Und zu dem Zeitpunkt war das Universum also opak, undurchsichtig.Und erst nach 380.000 Jahren, als sich die meisten Teilchen dann als elektrisch-neutraleAtome zusammengefunden haben, wurde das Universum transparent.Also das Licht, das wir vom Urknall sehen, entstand 380.000,Jahre nach dem Urknall und wir können nicht weiter in die Vergangenheit zurückschauen,weil das Universum opaq war und mit so einem Quark-Klon-Plasma kommen wir biswenigste Millionstel Sekunden an den Urknall ran.Also viel, viel weiter zurück in die Entwicklung des Universums.
Tim Pritlove
Jetzt natürlich die Frage, wie baut man sowas? Wie kriegt man das hin?Hin, weil die Kollision alleine mag das ja, also ich weiß gar nicht,was man sozusagen bauen muss, um überhaupt die Kollision zu ermöglichen unddann vor allem wie kriegt man das Ganze beobachtet.Wie ist so ein Detektor aufgebaut, wie groß ist der?
Kai Schweda
Also groß, der ist sehr groß. Unser Detektor ist 16 Meter hoch,10 Meter breit, 10 Meter tief und der ist um die Wechselwirkungszone,wie wir sie nennen, also der Bereich,in dem beide Strahlen, Teilchenstrahlen, am Large Hadron Collider zusammenstoßen.Das heißt, die Teilchenstrahlen sind erstmal unabhängig, die laufen im Strahlohr,das evakuiert ist, da ist ein Ultra-Hochvakuum drin, 10 minus 11 Millibar.Und ein Strahl, ein Teilchenstrahl, das sind also Bündel von Teilchen,Bündel von Protonen oder Bündel von Atomkernen, von nackten Atomkernen,die laufen im Irr-Uhrzeigersinn.Und beim Collider habe ich einen zweiten Teilchenstrahl, der läuft eben gegen dem Uhrzeigersinn.Und da, wo die Experimente stehen, da werden die Strahlen überkreuzt und zur Kollision gebracht.Und um diese Kollisionszone bauen wir einen Detektor herum, um eben die neuenTeilchen, die in der Kollision entstehen, nachweisen zu können.Wir wollen wissen, was sind das für Teilchen, welchen Impuls haben die?Und was sind das für Teilchen? Ist das ein Pion, ein Proton oder irgendein anderesTeilchen aus dem Super-Thoma und so, die das ganze griechische Alphabet bevölkern.
Tim Pritlove
Okay, aber wie, was muss man jetzt bauen und warum muss das Ding 16 Meter groß sein?
Kai Schweda
Ja, also so ein Teilchen, wenn es aus der Kollisionszone kommt,jetzt sagen wir die Bleikerne stoßen zusammen und dann, unser Detektor sitztja praktisch senkricht zur Strahlrichtung. Das Strahlrauer ist ja gerade in der Kollisionszone.Natürlich ist der Ladschadonkollein ein Ring, aber entlang der Kollisionszoneist das gerade. Und um diese Kollisionszone herum bauen wir den Detektor.Jetzt wird ein Teilchen in der Kollision, in diesem Ultrahochwakuum erzeugt.Dann macht sich das auf den Weg zu unserem Detektor. Das Erste,was es sieht, ist das Strahlrohr.Das muss ja durch das Strahlrohr durch. Im Strahlrohr ist Hochvakuum.Außerhalb vom Strahlrohr ist normaler Druck. Da können wir beide hingehen unduns den Detektor angucken und den reparieren oder was Neues einbauen.Das heißt, es muss erst durch das Strahlrohr durch. Und was wir,speziell in ALICE, aber das machen auch die anderen Experimente,tun ist, wir wollen möglichst niederenergetische, wir wollen möglichst alle Teilchen nachweisen.Das heißt, wir wollen die messen, aber möglichst wenig stören.Jede Materie, die das Teilchen auf dem Weg zum Detektor und Limit-Detector durchdringenmuss, stört das Teilchen. Das verliert Energie, das weicht ein bisschen vonseiner Bahn ab, die es ursprünglich hatte. Also wir versuchen möglichst minimalinversivdie Teilchen nachzuweisen.Jetzt geht das durch das Strahlor durch. Das heißt, allein das Strahlor istschon ein Hightech-Ausrüstungsgegenstand.Das wird aus extrem stabilen und leichtem Material gebaut, aus Beryllium.Dass eben die Teilchen möglichst wenig gestört werden. Allein das Strahlor kostetschon eine Million Schweizer Franken.Und das ist sehr, sehr brüchig. Das heißt, wenn wir den Detektor upgraden odererarbeiten, nehmen wir das Strahlor raus oder schützen es so,dass wenn einer mit dem Helm dran stößt oder aus Versehen da drankommt,dass das nicht kaputt geht.
Tim Pritlove
Weil das Beryllium ist so ein brüchiges Material.
Kai Schweda
Es ist sehr brüchig, giftig undtoxisch und hat aber natürlich sehr gute Eigenschaften für die Teilchen.Ja, sehr brüchig. Ich denke, man könnte das durch einen leichten Stoß mit einemharten Gegenstand sofort zerstören.
Tim Pritlove
Okay.
Kai Schweda
So, und dann hat es das Strahlrohr durchdrungen und dann kommt schon sehr knappnach dem Strahlrohr, wir versuchen auch möglichst nah an der Kollisionszoneschon die Teilchen nachzuweisen.Dann haben wir einen langen Hebelarm später, wenn wir das Teilchen,den Impuls zum Beispiel bestimmen.Und da sitzen dann Siliziumdetektoren, das heißt das sind sehr dünne Lagen vonSilizium und wenn das Teilchen durchgeht, macht es wieder das gleiche wie esein Strahlung macht, es deponiert Energie.Das ist einfach, das Teilchen ist elektrisch geladen und das wechselwirkt vorallem mit den Elektronen aus der Atommülle oder aus dem Festkörper von Silizium.Wechselwirkt das und deponiert da wie eine Energie durch die elektromagnetische Wechselwirkung.Und diese Energie, die im Detektor deponiert wird, die weisen wir nach.Das heißt, ich habe da Elektronen, die kann ich verstärken und am Ende habeich eine Pulshöhe, die ich messe und dann digitalisiere.
Tim Pritlove
Also das Teilchen bewirkt letzten Endes einen Strom, der in diesem System fließt?
Kai Schweda
Ja, einen Strom oder einen Spannungspuls, genau.Strom über den Widerstand ist eine Spannung.
Tim Pritlove
Das klingt jetzt alles sehr klein.Warum ist das dann 16 Meter groß?
Kai Schweda
Ja, wir messen jetzt, wir wollen das Teilchen nicht nur nachweisen,wir wollen auch sehen, welchen Impuls hat das, also welche Energie hat das Teilchen.Oder fangen wir beim Impuls an.Das heißt, die Messtechnik ist folgende, das ist an allen Experimenten gleich,bei den Spurdetektoren.Wir legen ein Magnetfeld an und ein geladenes Teilchen, wenn man sich an dieSchule erinnert, spürt im Magnetfeld, wird das auf eine Kreisbahn gezwungen.Das ist die Lorentz-Kraft.Und wenn ich also das Magnetfeld sehr gut kenne und die Spur,ich messe die Spur, ich messe mit meinen Detektoren sukzessive bestimmte Punkteentlang der Teilchenbahn, was das Teilchen nimmt,dann kann ich den Radius, den Krümmungsradius von dieser Kreisbahn,dass das Teilchen nimmt im Magnetfeld, sehr genau messen.Ich mache also eine Ortsmessung und aus dem Krümmungsradius kenne ich dann den Impuls.
Tim Pritlove
Über was für Distanzen reden wir jetzt hier, die diese Teilchen da jetzt durchschlagen?
Kai Schweda
Also unser Detektor, der Siliziumdetektor ist vielleicht 50,60 Zentimeter im Radius. Das ist so eine Tonne, sehr leicht.Ist 50 Zentimeter im Radius in verschiedenen Lagen. Die erste kommt bei etwa2 Zentimetern, das geht dann hoch bis 60, 70 Zentimeter und ist vielleicht zwei Meter lang.Zwei bis vier Meter lang.
Tim Pritlove
Verschiedene Lagen von Silizium?
Kai Schweda
Das ist die gleiche Technologie.
Tim Pritlove
Und das Silizium liegt jetzt, wie muss man sich das vorstellen,so als Blätter oder als Rohre oder als solide Masse?
Kai Schweda
Ja ein Rohr ist schon ein guter Punkt, weil unsere Geometrie ist zylindrisch.Das heißt der Detektor hat auch eine zylindrische Form.Das sind Leitern, das sind einzelne Lagen von Silizium,die quasi in so einer Faske, im Englischen sagen wir dazu Barrel,das hat eine zylindrische Form und da tun wir einzelne Lagen von Silizium beibestimmten Radien anbringen, wo das Teilchen dann durchgeht.Dieses Silizium ist sehr dünn. Das sind ungefähr 50 Millionen Meter.Das sind sehr, sehr dünne Siliziumlagen, wie gesagt, um das Teilchen möglichst wenig zu stören.
Tim Pritlove
Ja, okay. Gut. Also muss ich das, ich will jetzt nicht Alufolie sagen, aber das...
Kai Schweda
Alufolie ist viel dicker. Alufolie ist 100 Mikrometer, 150 Mikrometer. Aber so ist das...
Tim Pritlove
Okay, aber wir reden jetzt nicht von Platten und dicken, fetten Gehäusen,sondern wirklich sehr dünne Schichten von dem Material.
Kai Schweda
Genau. Also unser Detektor ist zwar riesig, aber der aktive Detektor,in dem die Teilchen nachgewiesen werden, der ist so leicht, der würde sogar in Milch schwimmen.
Tim Pritlove
Um ein populäres Bild zu bedienen.
Kai Schweda
Die Älteren kennen das noch, meine Kinder kennen das.
Tim Pritlove
Ich habe es auch schon mal gehört. Ja, okay. Also das ist so diese innersteSchicht, die sozusagen, das ist das erste, was man sozusagen beobachtet ist. Wo fliegt's lang?Und dadurch, dass das Teilchen dann mehrere dieser Schichten durchschlägt,kann man sehen, wo es lang fliegt. Also man hat sozusagen auf jeder dieser Folienquasi so eine zweidimensionale Ortungsmöglichkeit.Man sieht wo es genau aufschlägt.
Kai Schweda
Ganz genau. Es sind aber drei, weil ich ja weiß, wo der Detektor steht,bei welchem Radius. Also ich messe wirklich in drei Dimensionen die Teilstrecke.
Tim Pritlove
Dadurch auf welcher Folie es aufschlägt. Das ist dann die dritte Dimension.Aber pro Folie erreicht man diese zwei. Wie kann man merken, wo es genau aufschlägt?
Kai Schweda
Die Siliziumlage hat eine Granularität und diese Folie ist segmentiert in was wir Pixel nennen.Und diese Pixel haben eine Größe von momentan, wir haben gerade ein wesentlichesUpgrade vom Detektor gemacht, wir haben unseren alten Siliziumdetektor rausgeschmissen.Der steht jetzt in der Ausstellung, können wir uns angucken,wenn du nachher Zeit hast.Und jetzt ist das alles aus Siliziumpixelsensoren gebaut und diese Pixel habeneine Größe, also das ist die zweidimensionale Messung von 30 x 30 Mikrometer.Also sie sind 30 Mikrometer lang in x- und y-Richtungen, in zwei Richtungen.Wenn dieser Pixel jetzt anspricht, weiß ich, das Teilchen muss durch diesesSegment gelaufen sein und ich kenne tatsächlich dann die Position sehr vielbesser als 20 Mikrometer, es sind vielleicht dann 8 Mikrometer oder so.Also durch die Granularität dieser einzelnen Pixel, dass das segmentiert ist,Diese Siliziumfolie ist segmentiert in sehr sehr kleine Pixel.Dadurch kommt die Hoher Ortshauflösung.
Tim Pritlove
Aber was führt dazu, dass man das in einem Pixel detektieren kann?Also geht von jedem Pixel noch irgendwie nochmal ein...Draht weg? Natürlich. Okay, also das ist sozusagen… Ah gut, ja.Das ist ja dann sehr dünn der Draht.
Kai Schweda
Ja, ja, das ist die hohe Kunst. Und wir haben den, würde ich sagen,den modernsten Siliziumdetektor, den es gibt in der Welt. Den haben wir gerade eingebaut.Dieser Pixel ist wie gesagt 20 oder 30 mal 30 Mikrometer in der Ausdehnung unddann hat er eine Dicke von vielleicht 50 Mikrometern.Und jetzt schlägt das geladene Teilchen da durch, deponiert also Energie,kreiert freie Elektronenlochpaare und diese werden gesammelt und diese Elektronen,die frei werden, werden wieder eingesammelt und machen dann ein elektrischesSignal, das sich verstärken kann mit Elektronik.Und das passiert alles auf diesem Mini-Chip.Also die ganze Digitalisierung passiert auf dem Chip, die Auslöse-Elektronikist Teil dieses Pixel-Chips.Und dann geht natürlich eine Datenleitung raus ans Ende des Detektors,ans seitliche Ende und dann werden die Daten weggeschickt per Glasfaserkabel.Das heißt, das ist alles schon digitalisiert. Was aus unserem Detektor rauskommtsind nur Nullen und Einsen.
Tim Pritlove
Ja, ich meine deswegen heißt es ja auch Pixel, letzten Endes ist es ein Bildelement,das heißt ja Pixel, in dem Fall halt ein dreidimensionales Bildelement und dasdann eben auch über die Zeit im Verlauf.Also man kann sowohl den Ort als auch die Geschwindigkeit damit messen.
Kai Schweda
Also zunächst misst man erst mal nur den Ort und die Geschwindigkeit misst manja, eigentlich hat man dann vier Dimensionen, die Drei-Raum-Dimensionen und die Zeit, das stimmt.Wenn ich den Kollisionszeitpunkt genau bestimme, kann ich die Zeit messen bismein Pixeldetektor anspricht, dann weiß ich wie lange das Teilchen von seinerEntstehung vom Kollisionsort bis zum Detektor gebraucht hat.Und dann kenne ich die Flugzeit.
Tim Pritlove
Und das ist auch eine relevante Information?
Kai Schweda
Natürlich, wir haben auch einen speziellen Flugzeitdetektor,sehr viel weiter draußen bei 3,70 Meter Radius.Und man möchte natürlich die Flugzeit möglichst lange machen,dass man bei einer bestimmten Zeitauflösung relativ ist, dann die Auflösungsehr viel besser. Je länger die Flugstrecke ist, desto länger ist die Flugzeit.Und wie gesagt, den Impuls habe ich schon bestimmt über die Krümmung im Magnetfeld.Und jetzt habe ich noch die Geschwindigkeit gemessen durch eine Flugzeitmessung.Und Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit im Klassischen.Das heißt, wenn ich Impuls und Geschwindigkeit bestimme, weiß ich,welche Masse das Teilchen hat. Und bei Teilchen ist es so.Die haben eine ganz bestimmte Masse, die sich auch nie ändert.Das ist also ein Fingerabdruck für ein Teilchen, welche Masse das hat.Du und ich, unser Gewicht ändert sich im Laufe unseres Lebens,aber für ein Teilchen ist das immer gleich.Und das heißt, wenn ich die Teilchenmasse kenne, weiß ich, welches Teilchendas ist. Dann weiß ich, war es ein Proton, war es ein Pion oder sonst was.
Tim Pritlove
Und was kann man der Bahn ansehen dann?
Kai Schweda
Den Impuls. Damit misst man den Impuls.
Tim Pritlove
Aber letzten Endes Ziel ist eigentlich nur die Masse, also anhand der Bahn,weil man dann Bahn und Impuls auseinander halten kann, also Zeit und Impulsauseinander halten kann, kommt man auf die Masse und damit weiß man welches Teilchen es ist.Das ist also letzten Endes die einzige Information, die ich gewinne,welche Teilchen entstehen.Wo die dann lang fliegen ist eigentlich gar nicht interessant,weil das nur das Hilfsmittel ist, um rauszufinden, worum es sich handelt.
Kai Schweda
Nein, das ist der erste Schritt. Ich bestimme ja das Teilchen,den Impuls und auch die Richtung. Ich bestimme die Pulsrichtung,also nicht nur die Größe. Ein Puls ist ja ein Vektor, der hat drei Richtungen.Also ich weiß auch, in welche Richtung das Teilchen geflogen ist von seiner Entstehung aus.Also kinematisch habe ich dann das Teilchen vollständig bestimmt.Ich weiß genau den Impuls und was es ist, was für ein Teilchen es ist.Und dann kann ich bei diesen 20.000 Teilchen, die bei uns in der Kollision entstehen,kann ich das mit anderen Teilchen korrelieren.Ich kann die gesamte kinematische Information benutzen und dann eben Korrelationzwischen einem und weiteren Teilchen bestimmen und dann zum Beispiel die Wechselwirkungzwischen diesen beiden Teilchen studieren.Das ist ganz wichtig, um Neutronensterne zu verstehen.Ich kann dann die Wechselwirkung, die starke Wechselwirkung zwischen diesenbeiden Teilchen untersuchen.
Tim Pritlove
Okay, zu den wissenschaftlichen Auswertungen oder den Schlussfolgerungen kommenwir vielleicht noch dazu.Aber wir haben ja jetzt wie viele Zentimeter an Technologie gerade jetzt beschrieben von innen?
Kai Schweda
Von innen haben wir zunächst das Strahlrohr, das kommt so nach zwei Zentimeternoder 1,8 Zentimetern Flugrichtung in radiale Richtung.Dann kommt der Silizium-Detektor, da bin ich bei etwa 70 cm Entfernung vom Kollisionsvertex.Und dann kommt, salopp gesagt, eine große Tonne, das ist unsere Zeitprojektionskammer,und die ist mit Gas gefüllt. Also die hat eine sehr, sehr geringe Dichte, das ist der Grund.Ein Gas hat ungefähr 100 bis 1000 Mal weniger Dichte und damit Material alsein Festkörper, als Silizium.Und diese Tonne geht von 80 cm Radius bis 2,50 m.Also das ist der radiale Abmessung, das heißt diese Zeitprojektionskammer hateinen Durchmesser von fünf Metern.
Tim Pritlove
Was ist da für ein Gas drin?
Kai Schweda
Da ist ein Edelgas drin, das haben alle Gasdetektoren. Das heißt in diesem Gaspassiert etwas sehr ähnliches wie im Siliziumdetektor.Das geladene Teilchen fliegt durch dieses Gas und knockt da Elektronen aus dem Edelgas raus.Das heißt, da entstehen freie Ladungsträger, die Elektronen,und die werden mit einem elektrischen Feld abgesaugt.Da legen wir 100.000 Volt an und dann driften diese Elektronen in Richtung derEndkappe von unserer großen Tonne.Und durch den Auftreffpunkt wissen wir schon wieder die X- und Y-Koordinate.
Tim Pritlove
Das heißt, nachdem man so die ursprüngliche Ableitung,die durch dieses am Zentrum des Detektors befindlichen Magnetfelds beobachten kann,dann fliegt es mehr oder weniger gerade weiter und innerhalb dieser Time ProjectionChamber heißt es glaube ich, TPC, geht es eigentlich nur darum,eine gerade Flugrichtung, weil dann wird es ja nicht mehr weiter abgelenkt,dann fliegt es einfach gerade aus?
Kai Schweda
Ich habe nicht dazu gesagt. Unser gesamter Detektor steckt in einem riesigenMagneten, das ist der größte warmleitende Magnet der Welt. Das heißt auch inder Zeitprojektionskammer ist ein Magnetfeld.
Tim Pritlove
Okay.
Kai Schweda
Ja, also wir haben einen Solenoiden, das heißt eine Spule,wenn ich einfach eine Spule wickele mit vielen, vielen Windungen und lege dannStrom an, dann habe ich im Spulen, innerhalb der Spule ein sehr homogenes Magnetfeld,das entlang der Spulenachse geht.Und so ist auch unser Magnet gebaut. Das ist ein Solenoid. Also ich habe eineriesige Kupferspule und die erzeugt ein Magnetfeld, das entlang der Strahlachse geht.Und in diesem riesigen Magnet befinden sich alle unsere Detektoren.Und das macht das große Gewicht aus von ALICE, das sind ungefähr 10.000 Tonnen.Das ist einfach der Stahl aus dem Rückflussjoch des Magneten.Der Magnet wiegt 10.000 Tonnen.
Tim Pritlove
Okay, aber ich als kollidierendes Teilchen bin ja sozusagen immer noch auf meinemWeg von der Mitte nach wo auch immer es mich leitet.Ich bin jetzt also sozusagen von diesen inneren Magnetfeldern nach der Kollision abgelenkt worden,habe diverse Schichten Siliziumfolie sehr dünn durchschlagen,dabei meine Spur hinterlassen sozusagen gesagt,wo ich jetzt lang geflogen bin und letzten Endes habe ich mich dadurch auchschon verraten, was ich eigentlich bin und jetzt fliege ich irgendwie weiterdurch diese Time Projection Chamber, die diese Gas gefüllte Kugel?Zylinder. Und ein Zylinder drumherum,also auf jeden Fall habe ich jetzt noch mal ein paar Meter vor mir durch Gasund was genau kann man da messen?Also misst man nur wo es auftrifft letzten Endes am Ende dieser Kammer oderist das schon auch eine Beobachtung innerhalb des Weges dort?
Kai Schweda
Ja, also wir sind immer noch im Magnetfeld. Ich bin immer noch auf einer gekrümmtenSpur und ich messe 159 Punkte entlang dieser Spur in diesem Gas.
Tim Pritlove
Aber wie kann man denn in dem Gas was messen? Da gibt es doch keine Drähte.
Kai Schweda
Ganz genau. Das ist der große Vorteil von der Zeitprojektionskammer.Ich habe da auch keine toten Zonen. Ich bin aktiv im gesamten Gas.Also noch mal das geladene Teilchen geht durchs Gas, ionisiert diese Gasatome,also schlägt Elektronen raus, entlang seiner Teilchenspuren.Jetzt habe ich entlang dieser Spur überall Elektronen.Jetzt lege ich ein elektrisches Feld an und zwar auch wieder in Richtung derStrahlaxe. Das heißt, diese Teilchenspur wird dann, diese Elektronen werdendann Richtung Endkappe beschleunigt.Das ist so, wie wenn ich in den Himmel schaue und sehe ein Flugzeug,ein schweres Flugzeug mit Jetantrieb.Dann kann ich gucken, im Himmel habe ich Kondensstreifen. Und auch wenn dasFlugzeug schon lange weg ist, kann ich immer noch sagen, welchen Weg das Flugzeuggenommen hat, indem ich den Kondensstreifen anschaue. Und bei uns im Detektorgasist das die Ionisationsspur.Das ist einfach diese Wolke von Elektronen, die entlang der teilschen Spuren entstehen.Und jetzt kann ich da natürlich nicht mit dem Auge reingucken.Ich nehme ein elektrisches Feld und die Elektronen werden dann in Richtung Endkappe.Die gesamten Elektronen entlang der teilschen Spur werden in Richtung meinerEndkappe über eine Distanz von 2,50 Meter transportiert und kommen dann an der Endkappe an.Und da habe ich dann wieder Auslesesegmente, die eben diese auftreffenden Elektronendetektieren und das ist segmentiert in der Art und Weise,dass ich eben an dieser Endkabel 100 bis zu 159 Segmente habe,die diese ankommenden Elektronen detektieren.
Tim Pritlove
Erklärt für mich auch gerade so ein bisschen wieder mal, warum einfach dieseenormen Beschleunigungen eigentlich erforderlich sind,damit halt auch noch diese rausgesprengten Teilchen am Schluss so viel Alarmmachen können, dass sie irgendwie über so über Meter hinweg so viel Nebenwirkungenerzeugen, dass man die sogar noch messen kann.
Kai Schweda
Um genau zu sein, passiert mit den Elektronen gar nichts. Die werden nur transportiertvon ihrer Entstehung bis an die Endkappe. Sonst passiert mit den Elektronen nichts.
Tim Pritlove
Ja gut, aber sie müssen ja auch erst mal freigeschlagen werden.
Kai Schweda
Das macht das Teilchen.
Tim Pritlove
Das macht das Teilchen. Dazu muss das Teilchen aber auch ordentlich Performance am Start haben.
Kai Schweda
Ja, wenn man jetzt so schaut, aus der Schule kennt man das vielleicht,um ein Elektron abzulösen von einem Atom, braucht man die Größenordnung,Unsere Einheit ist Elektronenvolt, braucht man in Größenordnung paar Kilo Elektronenvolt.Unsere Teilchen haben Milliarden Elektronenvolt. Also der Energieverlust,den die Teilchen erleiden, indem sie Elektronen rausschrauben, ist minimal.Den kann man fast vernachlässigen. Das heißt, wir kriegen also primäre Elektronen,die kommen aus der Ionisation des Gases, durch das ursprüngliche Teilchen.Die müssen wir dann noch verstärken und das passiert an den Endkappen.Und da haben wir dann Zeldrähte, wo eben ein sehr starkes, hohes elektrischesFeld erzeugen, dass man so eine Lawine von weiteren Elektronen erzeugen kann.Also die Signalverstärkung passiert erst am Ende.
Tim Pritlove
Und warum ist jetzt diese Kammer so wertvoll und warum ist die noch da?Man hat ja im Prinzip den Weg und die Kurve sozusagen und auch schon die Bestimmung,worum es sich handelt und was der Impuls ist, hat man ja im Prinzip schon.Was ist sozusagen auf diesen zusätzlichen Metern noch der weitere Informationsgewinn?Ändert sich da noch viel dran?
Kai Schweda
Ja, erst mal je länger ich diese Spur verfolge, desto größer ist meine Auflösung,also desto präziser kann ich den Impuls bestimmen.Das ist einfach ein Hebelgesetz, wenn man so will. Je länger der Arm ist,desto stärker meine Kraft und genauso ist das bei einer Teilchenspur.Die Zeitprojektionskammer misst Spuren über eine Länge von 2,50 Meter.Der Siliziumdetektor nur über eine Länge von 70 Zentimetern maximal.Und das führt zu einer sehr, sehr viel besseren Impulsauflösung,zumindest mit dem Detektor, den wir bisher die letzten zehn Jahre benutzt haben,also dem Siliziumdetektor.Und dann ist eine Zeitprojektionskammer. Wir haben ja sehr hohe Teilchenmultiplizitäten.Wir haben eine sehr hohe Anzahl von geladenen Teilchen im Detektor in diesemPlei-Plei-Kollision. Und da ist eine Zeitprojektionskammer unschlagbar.Die kann das am allerbesten solche hohen Multiplizitäten auflösen.Wir messen, wir meisen jedes einzelne Teilchen nach und wir sagen auch bei jedemeinzelnen Teilchen, was für ein Teilchen das ist. Und das kann am allerbesteneine Zeitprojektionskammer.
Tim Pritlove
Und das tut man für wie viele Teilchen bei so einer Kollision, wie oft pro Sekunde?
Kai Schweda
Also wir haben bis zu 20.000 Teilchen pro Kollision.Und jetzt nach unserem, wir hatten ja zwei Jahre lang Strahlpause am Large HadronCollider, seit einem Jahr, seit letztem Jahr messen wir wieder.Wir haben quasi einen brandneuen Detektor. Die Zeitprojektionskammer ist noch da als Gasvolumen.Aber die gesamte Auslese an den Endkappen, was praktisch 90 Prozent der Arbeitist, die haben wir komplett erneuert mit einer sehr viel schnelleren Auslese,weil wir jetzt dieses Jahr kriegen wir die ersten Bleikollisionen bei hoher Rate.Wir werden diese bis zu 20.000 Teilchen 50.000,mal in der Sekunde kollidieren, zwei Bleikerne im Detektor.Also es sind gigantische Kollisionsraten für uns und da entstehen auch gigantische Datenvolumen.
Tim Pritlove
Was kommt da für ein Datenstrom raus?
Kai Schweda
Das ist der Nachteil bei einer Zeitprojektionskammer, die spuckt sehr,sehr viel Daten aus. Das Datenvolumen ist enorm groß, das macht über 90 Prozentunseres Datenvolumens aus und die wird liefern 3.500,Gigabyte pro Sekunde und das 24 Stunden am Tag. 3.500 Gigabyte?Ja, das sind 3,5 Terabyte pro Sekunde.3.500 Gigabyte sind 3,5 Terabyte pro Sekunde und wenn wir das einen Monat laufen lassen,haben wir eine Disk, wo wir die Daten speichern und ein Jahr behalten könnenund die ist 100 Petabyte groß, also 100.000 Terabyte.
Tim Pritlove
Ok und eine Datenrate von 35 Terabit pro Sekunde. Das ist schon ganz ordentlich.Da braucht man eine amtliche Netzwerktechnik auf jeden Fall.
Kai Schweda
Terabyte. Wir haben Terabyte.
Tim Pritlove
Ja ich hab's auf Bit hochgerechnet, weil das ist ja für Übertragung meistens so die eine.Also auf jeden Fall eine Menge, also sozusagen viele Festplatten pro Sekunde.Also es ist so als ob da die ganze Zeit jemand mit Festplatten durch die Gegend fährt.
Kai Schweda
Also ich habe mal geschaut, wenn ich sehe was der Datenstrom in ganz Europaist von 500 Millionen Menschen, das ist weniger.
Tim Pritlove
Im Internet?
Kai Schweda
Ich glaube da sind alle Sachen dabei, Datastreaming, E-Mail, Internet.
Tim Pritlove
Aber was sozusagen über das Internet geht.
Kai Schweda
Ja und unser Detektor spuckt da mehr Daten aus. Das heißt wir können das auchnicht irgendwo hinschicken und analysieren.Deshalb haben wir bei Alice ein Computerzentrum, eine Compute Farm aufgebaut,die diese Daten analysiert.Wie gesagt die kommen vom Detektor schon digital.Das heißt wir haben keinen Informationsverlust, keinen Qualitätsverlust im Signalund diese 3500 Gigabyte pro Sekunde reduzieren wir schon in Echtzeit,also während wir den Detektor betreiben auf 100 Gigabyte pro Sekunde und dieschreiben wir dann auf Disk.Was wir auf Disk rausschreiben ist ein Faktor fast 40 weniger.
Tim Pritlove
Ja klar, also wenn man da keine Kompression machen würde, aber das lässt sichglaube ich ganz gut komprimieren dann auch so das Material.
Kai Schweda
Also wir haben zur Kompression, das ist weitgehend eine verlustfreie Datenkompression,haben wir 50.000 CPUs, Prozessoren und 2000 grafische Prozessoreinheiten, also GPUs.Also das was mein Sohn in der Playstation hat, das sind schon sehr gute Grafikkarten,die eben sehr schnell rechnen müssen, weil sie eben diese sehr aufwendige Grafik rechnen können.Das heißt, die können sehr gut parallel rechnen, also mehrere Rechenschnittein einem Durchgang machen und unsere sind also noch ein bisschen besser,aber von den gleichen Anbietern, die auch Spiele, PCs herstellen.Und davon haben wir 2000. Und die machen diese Datenreduktion speziell für dieZeitprojektionskammer.
Tim Pritlove
Wenn ich jetzt richtig gerechnet habe, sind wir jetzt 5 Meter vom Kollisionsortweg, fehlen ja noch ein paar Meter.War es das schon mit der Detektion oder wird noch darüber hinaus auch noch detektiert?
Kai Schweda
Okay, also wir dürfen nicht Durchmesser und Radius verwechseln.Das habe ich vorhin schon gemacht.
Tim Pritlove
Durchmesser habe ich gesagt.
Kai Schweda
Also das Teilchen hat jetzt 2,50 Meter hinter sich, das heißt es verlässt dieZeitprojektionsgraden.Dann kommt ein Detektor, der kam ein bisschen später,also ein Subdetektor, ein Teil von ALICE, den haben wir ein bisschen spätereingebaut und der kann ganz besonders Elektronen identifizieren über einen bestimmtenphysikalischen Effekt, wir nennen das Übergangsstrahlung.Da nimmt man einfach ein Medium, das zwei verschiedene Dielektrizitätskonstantenhat, Das ist das Epsilon-R, wenn man das in der Schule mit dem Plattenkandensator rechnet.Auf jeden Fall tut dieser Detektor besonders Elektronen gut selektieren.Die meisten Teilchen sind stark wechselwirkende, das sind die Pionen und wie sie alle heißen.Und diese nicht stark wechselwirkenden Teilchen, wie das Elektron oder das Myon,das ist ja ein schweres Elektron, das ist zweieinhalb mal schwerer als ein Elektron,die werden nur sehr selten erzeugt und die will man rauspicken.Die würde man eben selektieren und das kann dieser Detektor,der dann bei 3,50 Meter Radius kommt.Oder 2,90 Meter bis 3,50 Meter.
Tim Pritlove
Warum will man die rauspicken, weil die so selten sind?
Kai Schweda
Die sind selten und die meisten Teilchen, wir messen ja keine freien Quarks,wir messen auch viele Teilchen,die sind so kurzlebig, die werden in der Kollision erzeugt.Sind die langlebigen Pionen, K und Protonen und dann noch Elektronomie und dasist im Wesentlichen, was man sieht im Detektor.Und alles andere zerfallen, zum Beispiel auch Teilchen, die diese schweren Quarkstragen, die Charm-Quarks und Beauty-Quarks und die zerfallen mit einer bestimmtenWahrscheinlichkeit in Elektronen oder Elektronen-Positron-Paare.Und wenn man jetzt Elektronen und Positronen selektieren kann,kann man diese Mutterteilchen wieder rekonstruieren.Genau aus dem Grund, weil wir alles, was wir mit dem Detektor messen,kinematisch vollständig bestimmen.Und das sind besondere Proben für das Quark-Klone-Plasma. Daraus kann ich waslernen, welche Eigenschaften dieses Quark-Klone-Plasma hat.
Tim Pritlove
Okay, das heißt wir sind jetzt über die 2,50 Meter. Jetzt bin ich wieder beimRadius. Wie weit hinaus?
Kai Schweda
Jetzt kommt der Übergangsstrahlungsdetektor. Der geht von 2,70 bis 3 Meter unddann schließt sich dieser Flugzeitdetektor an.Also der sagt dann nur noch, aha ich habe ein Teilchen gesehen und macht alsonur noch eine Zeitinformation, wenn ich bei 3,70 Meter in diesen Flugzeugdetektoreinschlage, bei Radius 3,70 Meter.Ich glaube jetzt habe ich auch ein bisschen die Zahlen durcheinander gemacht.Der Flugzeugdetektor ist bei 3,70 bis 3,90 Meter.Der liefert ein sehr genaues Zeitsignal und das kann ich der Teilchenspur zuordnenund weiß ich, aha dieses Teilchen, das sich auf den Weg gemacht hat,ist nach dieser Zeit in meinem Flugzeugdetektor angekommen, bei einem Radius von 3,70 Meter.Ich muss natürlich die Krümmung im Magnetfeld berücksichtigen,aber ich kenne praktisch die Länge, die Flugzeit, den Weg, den das Teilchengenommen hat, kenne ich dann sehr genau.Also den Flugweg und die Flugzeit und dann kenne ich die Geschwindigkeit unddann weiß ich, wer es war.
Tim Pritlove
Da weiß man, womit man es zu tun hat.
Kai Schweda
Ganz genau.
Tim Pritlove
Okay, da hab ich gleich noch ein paar Fragen zu den Erwartungen,aber ich würde gerne noch die Technik fertig bekommen,weil das ganze ist ja nach so einem Zwiebelschalen-System aufgebaut,also man hat einfach in der Mitte die inneren Spurdetektoren,diese Time-Projection-Chamber drumherum und diese weiteren Kaskaden,die jetzt eben sich nicht mehr um die Spur kümmern, sondern sozusagen nur noch das Timing erfassen.Und überhaupt sagen, wenn ich jetzt hier noch was detektiere,dann handelt es sich eben auch um wirklich interessante Teilchen.Gibt es noch weitere Detektoren oder war es das jetzt?
Kai Schweda
Ja, vielleicht hätten wir damit anfangen sollen. Zunächst macht man im Innereneine Spurrekonstruktion, genau wie du sagst. Und dann sind wir fertig.Also wir haben Silizium, wir haben die gasgefüllte Kammer, wir haben den Übergangsstrahlungdetektorund dann den Flugzeitdetektor.Damit ist die Teilchenspurrekonstruktion beendet. Und danach schließt sich dannein elektromagnetisches Kalorimeter an.Das heißt, wenn ich sehr, sehr hoch energetische Teilchen habe,Unser Magnetfeld ist nicht besonders hoch, ein halbes Tesla.Also sehr viel stärker als das Erdmagnetfeld, aber wenn du schaust,wenn nachher die Leute kommen von Atlas, die haben viel stärkere Magnetfelder.Das heißt, je höher mein Impuls ist vom Teilchen oder die Energie,desto weniger ist die Spur gekrümmt und irgendwann wird die ganz gerade unddann kann ich das gar nicht mehr unterscheiden. Ist das jetzt eine gerade Spuroder ist da noch eine Krümmung drin?Und dann hört irgendwann meine Spurrekonstruktion auf. Ich kann natürlich dieSpur immer noch rekonstruieren, aber ich weiß nichts mehr über den Impuls,weil ich keine Krümmung mehr feststellen kann. Also keinen Unterschied von einer geraden Spur.Und dann baut man einen Kalorimeter. Kalorimeter heißt, ich deponiere die gesamteTeilchenenergie in diesem Detektorteil und weiß dann die Gesamtenergie.Also ein Kalorimeter misst immer die Gesamtenergie von einem Teilchen.
Tim Pritlove
Und damit beende ich sozusagen auch den Flug.