RZ112 CERN: Die Beschleuniger-Kette

Die größte Maschine der Welt ist die Basis der Forschung am CERN

Die Beschleunigung von Teilchen ist die Grundlage für die Forschung am CERN. Eine Kaskade von miteinander verbundenen Ringen wird dabei zur Schnellstraße für beschleunigte Elektronen oder Ionen und bauen dabei sukzessive die Energie auf, die letztlich in einer Kollision freigesetzt wird und die Experimente am CERN ermöglicht.

Daher sind Aufbau, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung dieser komplexen Maschine ein sehr wichtiger Bestandteil der Arbeit am CERN.

Dauer:
Aufnahme:

Alexander Huschauer
Alexander Huschauer

Wir sprechen mit Alexander Huschauer, zuständig für den Betrieb und Wartung des CERN Proton Synchrotron, über Sinn, Design, Aufbau, Betrieb, Wartung und Anwendung von Teilchenbeschleunigern im Allgemeinen und den Beschleunigern am CERN im besonderen.


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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 Ausgaberund um das CERN, was ich derzeit besuche und wo ich versuche mir mal allesgenau erklären zu lassen, was hier alles so rumliegt.Und was hier vor allem rumliegt, sind Ringe.Große Ringe, in denen sehr viel beschleunigt wird und das ist ja hier so ein bisschen,das ermöglichende Infrastruktur, die diverse Detektoren und zahlreiche Experimenteja überhaupt erst zum Leben bringt.Und um darüber mal zu quatschen, wie das so funktioniert, begrüße ich meinenGesprächspartner, nämlich den Alexander Huschauer. Hallo.
Alexander Huschauer
Hallo.
Tim Pritlove
Herzlich willkommen bei Raumzeit.
Alexander Huschauer
Vielen Dank, freut mich sehr hier zu sein.
Tim Pritlove
Du bist, wie es so schön heißt, Staff Accelerator Physicist and Engineer inCharge of the CERN Proton Synchrotron in the BEOPS Section. Das kannst du mirjetzt gleich mal aufdröseln, was das jetzt bedeutet.
Alexander Huschauer
Das bedeutet, dass ich im BEAMS Department arbeite. Das ist jenes Department,das eben zuständig ist für die Produktion der Strahlen am CERN.Dort in der Operations Group, also wirklich an den Beschleunigern selbst arbeiteund PS, das Protonen-Synchrotron.Wir sind in verschiedene Abteilungen aufgeteilt in der Operations Group fürdie verschiedenen Beschleuniger. Und in meinem Fall bin ich eben Engineer inCharge vom Protonen-Synchrotron.Einer der ältesten Beschleuniger, den wir hier am CERN haben,1959 in Betrieb gegangen.Schöne komplexe Maschine und eben ein Teil der Beschleunigerkette.
Tim Pritlove
Genau, aber du kennst ja die ganze Kette und darüber wollen wir jetzt nämlich mal ein bisschen reden.Und man sagt Kette, warum sagt man Kette, weil alles hier miteinander verbunden ist?
Alexander Huschauer
Alles ist miteinander verbunden. Die verschiedenen Ringe, wie du gesagt hast,sind über sogenannte Transferlinien miteinander verbunden, so dass wir von einemRing zum nächsten Ring die Teilchen schicken können.Mit der Idee dahinter, dass in jedem Ring die Energie der Teilchen immer höher und höher wird.Man hat da technologische, physikalische Limits, wie hoch man Teilchen in einemRing beschleunigen kann und deswegen braucht man wirklich so eine Kette von Beschleunigern,um dann höchste Energien, wieeben im Large Hadron Collider am Schluss der Kette, erreichen zu können.
Tim Pritlove
Genau, da wollen wir uns dann gleich mal auf die Reise machen und mal so einbisschen rauskriegen, was es dafür im Detail dann alles so erfordert.Jetzt will ich aber erstmal nochmal ein bisschen wissen, wie du denn hier überhauptzu der Tätigkeit gekommen bist. Seit wann betreibst du denn Wissenschaft und warum?
Alexander Huschauer
Ich bin jetzt seit ungefähr zwölf Jahren am CERN.Schulisch habe ich eine technische Ausbildung gemacht. Ich habe damals eineAusbildung in Mechatronik gemacht, wie es bei uns in Österreich spezielle Schulstufengibt, also im Prinzip noch vor der Universität.Ich war dann immer schon technisch begeistert und natürlich viel mit Physik,Optik, Elektronik, Mechanik in Kontakt gekommen.Und dann hat mich das Studium der Physik gereizt, Technische Physik an der UniWien, an der Technischen Uni Wien.Und dort so eigentlich im Laufe der Zeit mir gedacht, Grundlagenforschung ehernicht so meins, glaube ich werde ich nie hinkommen, es wird mich mehr eher soin die Industrie treiben dann irgendwann mal.Aber dann habe ich ein paar Vorlesungen belegt im Bereich der Teilchenphysikund später dann noch eine Vorlesung im Bereich der Beschleunigerphysik.Und das war so mein Einstieg. Mein Einstieg hier ins CERN im Prinzip,weil es ist wirklich eine coole Möglichkeit, um all diese verschiedenen,so Physik einerseits, Engineering andererseits zusammenzubringen.Und gerade im Betrieb eines Beschleunigers kommt man tagtäglich mit all diesen Dingen in Kontakt.Und das ist wirklich das, was für mich den Reiz ausmacht.Alles andere ist eine langweilige Tätigkeit. Jeden Tag unterschiedliche Herausforderungen,denen man gegenübersteht.Ja und dann habe ich damals meine Diplomarbeit hier gemacht,bin hier geblieben für ein Doktorat und bin jetzt seit 2017 angestellt Star Physicist am CERN.
Tim Pritlove
Im Prinzip arbeitest du ja wirklich im Kern am Betriebssystem des ZERN,könnte man sagen, weil ohne das System wäre hier kein Betrieb möglich.
Alexander Huschauer
Absolut.
Tim Pritlove
Ja, kann ich mir vorstellen. Es ist immer ganz interessant so eine Disziplinzu haben, die eigentlich dann sehr viel Überschneidung hat mit anderen Bereichen.Ja, na dann gucken wir doch mal, was hier eigentlich alles vorzufinden ist.Vielleicht blicken wir mal so von oben erstmal auf diesen ganzen Komplex.Ich hab mir irgendwann mal so eine Karte in Google Earth reingeladen,die sozusagen die ganzen Zernringe so einfach mal so in ihrer räumlichen Ausdehnung mit einblendet.Da merkt man erstmal schon, ganz schön groß alles.Insbesondere natürlich der große Ring, aber ist ja auch nicht der einzige.Was findet man sozusagen vor, wenn man jetzt diesen Bird's Eye View auf das CERN macht?
Alexander Huschauer
Also man findet in erster Linie verschiedene Orte. Also das CERN hat einen Hauptstandort,der im Kanton Genf liegt, in Maran.Dort sind die älteren, kleineren Beschleuniger des CERNs zu finden.Und von dort weg, die nächsten Maschinen, die sind dann doch etwas größer.Also wenn man sagt, die kleineren Maschinen haben so bis zu einer Länge von630 Metern, die sich am Campus selbst befinden.Und danach die nächsten Maschinen, 7 km oder 27 km, die sind dann schon unterder Erde gebaut und auch wesentlich dann über den Campus des Zerns hinausgehend.Und zum großen Teil eigentlich in Frankreich liegen die. Und wenn man sich soLuftlinien anschaut, wenn wir uns gerade den LHC anschauen mit seinem 27 km Umfang, von.Den Punkt, wo die Strahlen indiziert werden in die Maschine bis zum gegenüberliegendenPunkt haben wir doch acht Kilometer Luftlinie.Also das ist wirklich groß und wenn wir so zum Anfang dieser Kette gehen,dann haben wir dort eine ganz kleine Quelle.Weil was wir machen hier, einerseits beschleunigen wir Protonen,um die dann später kollidieren zu können in verschiedenen Experimenten.Andererseits machen wir das auch mit Ionen, also zum Beispiel Bleionen.Aber in der Vergangenheit auch verschiedene andere Ionen. Die müssen irgendwoerzeugt werden, diese Teilchen, bevor man sie überhaupt mal in einen Beschleuniger senden kann.Und dann ist es eben wichtig, dass man Schritt für Schritt die Energie dieserTeilchen erhöht, um am Schluss die Energien, die die Experimente verlangen, produzieren zu können.Und warum brauchen wir da überhaupt hohe Energien? Das ist einerseits,ist die Energiedichte wichtig. Was wir machen, sind Kollisionen.Wir schießen Protonen auf Protonen, wir kollidieren.Und die Energie, die diese Protonenstrahlen haben, die können über die Energieist gleich Masse, Lichtgeschwindigkeit zum Quadratformel umgewandelt werden.Also Energie kann in Masse umgewandelt werden, sprich aus der Energie der Strahlenkönnen wir neue Teilchen erzeugen und diese neuen Teilchen können dann einfachvon den Experimenten detektiert, untersucht, charakterisiert werden.Und andererseits, wenn wir vielleicht das Band ein bisschen zur Kosmologie,Astronomie spannen, da verwenden wir Teleskope, um in den Weltraum hineinzuschauen,um sich große Strukturen anzuschauen, Galaxien, Sterne dergleichen.Was wir machen hier ist genau das andere Ende der Größenordnung.Wir untersuchen die kleinsten Details der Materie.Und wie kommt man dorthin? Mit einem Mikroskop, mit optischem Licht,kann man sich bestimmte Teile sehr schön vergrößern. Irgendwann kommt man ans Limit.Das hängt einfach von der Wellenlänge des Lichts ab.Wenn man jetzt immer höher und höher auflösen, also in die Materie hineinschauenmöchte, braucht man im Prinzip immer kleinere und kleinere Wellenlängen.Die Wellenlänge ist indirekt proportional zur Energie. Das heißt,ich brauche extrem hohe Energien, um geringe Wellenlängen zu erzeugen und danneinfach diese kleinsten Details der Materie auflösen zu können.Und so gehen wir dann mit den Beschleunigern, die im Endeffekt nichts anderesals ein super Mikroskop sind,gehen wir wirklich hinein in den Atomkern, in die Bestandteile,die Protonen, Neutronen, die Quarks und all die Teilchen, die man dann nocherzeugen kann in Kollisionen.
Tim Pritlove
Ich fand es interessant, dass du von dem Ring als Maschine gesprochen hast,weil das muss man sich halt auch klar machen.Man denkt halt erstmal so, ja Beschleunigerring, da ist halt so ein Tunnel, da fliegt das rum.Das machen ja die Teilchen jetzt nicht von alleine, sondern im Prinzip sprechenwir wirklich von einer 27 Kilometer langen Maschine,die also wirklich über die gesamte Strecke in irgendeiner Form Technik bereithält,um letzten Endes das durchzuführen.Also wir haben es mit einem Megamaschinenpark zu tun, der sich räumlich extremausdehnt, um eben am Ende Kollisionen messen zu können.Die anderen Sendungen, die ich hier mache, werden sich also im Detail den einzelnenDetektoren widmen, der ja hier mehrerlei installiert sind. Alice, Atlas, CMS und das LACB.Nebst, da kommen wir vielleicht auch noch gleich drauf, vielen kleineren Experimenten,die ja auch noch mit dabei sind.Aber alle haben eigentlich denselben Bedarf. brauchen eben diese beschleunigten,hochenergetischen Teile, egal welcher Teil eines Atoms das jetzt sozusagen ist.Also nur die Protonen und die ganze Atomkerne etc.Ja, wo fangen wir an? Also es muss ja erst mal, das was man schießt,muss ja auch erst mal da sein.
Alexander Huschauer
Dafür braucht man eine Quelle.
Tim Pritlove
Da geht's los. Man braucht eine Quelle. Das ist hier so der Fachbegriff.
Alexander Huschauer
Das ist genau Source auf Englisch. Und in unserem Fall ist es so,dass um diese Protonen zu erzeugen, beginnen wir mit Wasserstoff.Sprich am Anfang der Quelle ist eine Wasserstoffquelle oder eine Wasserstoffflasche im Prinzip.
Tim Pritlove
Warum Wasserstoff?
Alexander Huschauer
Weil Wasserstoff aus Protonen und Elektronen besteht und wir wollen dieses Protonhaben, das da in Neutronen kennt. Alles besteht ja aus Elektronen.Natürlich, aber es ist relativ einfach, dieses Elektron zu entfernen und dannnur mit diesem Proton überzubleiben.Auch Wasserstoff ist natürlich weiter verfügbar, ist sehr leicht zu bekommen,herzustellen und als Grundstoff im Prinzip zu verwenden.Dieses Gas wird eingelassen in diese Quelle. In dieser Quelle wird das Gas dann erhitzt,und mit einem Magnetfeld, eigentlich mit einem wechselnden Magnetfeld,das dazu führt, dass sich die Teilchen in diesem Gas immer schneller und schnellerbewegen, dass das Gas ionisiert wird, sprich, dass die Teilchen auch,dass die Elektronen sich loslösen von dem Proton und dass man im Endeffekt ein Plasma erzeugt.Also einen Zustand, wo ionisierte Teilchen herumflitzen, wenn man so möchte.Und in dem ersten Teil unserer Kette ist es aber so, dass wir gar noch nichtdas Proton verwenden, sondern ein negativ geladenes Wasserstoffatom.Sprich, wir Wir fügen im Prinzip dem Wasserstoff einmal in erster Linie noch ein Elektron hinzu.Und dann wird dieser negativ geladene Wasserstoff aus der Quelle mit Elektrodenrausbeschleunigt, rausgezogen, rausgesaugt im Prinzip.Und danach, nach dieser Quelle, das sind wirklich die ersten zwei Meter derBeschleunigeranlage, geht es in einen Linearbeschleuniger.Und dieser Linearbeschleuniger ist die effizienteste Möglichkeit,um Teilchen möglichst schnell einerseits zu fokussieren, weil man muss sichvorstellen, wenn die Teilchen aus der Quelle herauskommen, haben die auch Winkelverteilungen.Das heißt, die haben eigentlich die Tendenz, in alle Richtungen gestreut zuwerden. Jetzt möchte man die transversal, also horizontal und vertikal,möglichst fokussieren, aber gleichzeitig sie nach vorne beschleunigen,also ihnen mehr Energie geben.Und das passiert in erster Linie in einem sogenannten RFQ, Radio Frequency Quadrupole.Radio Hochfrequenter Quadrupole.Da kann man vielleicht noch dazu sagen, dass ein Beschleuniger so Grundbausteine hat.Und wenn man sich jetzt so einen Linearbeschleuniger anschaut,hat er eben als einen Grundbaustein die Hochfrequenz-Elemente,Hochfrequenz-Kavitäten, wie wir sagen, die dazu dienen mittels elektrischenFeldern, Energie an die Teilchen zu übergeben und sie zu beschleunigen.Und andererseits gibt es Quadrupole, die sind magnetischer Natur,das heißt wir haben ein magnetisches Quadrupolfeld, das dazu dient die Teilchenzu fokussieren, horizontal und Transfersaal dafür zu sorgen, dass die eben nicht...Auseinanderlaufen und im Endeffekt verloren gehen.
Tim Pritlove
Die werden sozusagen durch Magnetfelder so eingerahmt und in Spur gesetzt.
Alexander Huschauer
Alles passiert natürlich in einer Vakuumkammer, weil wir möglichst wenig Kollisionenmit dem Restgas haben möchten, um die Anzahl der Teilchen relativ hoch zu halten.Dementsprechend bewegen sich die Teilchen in einer Vakuumkammer und außen herumsind eben diese magnetischen Felder und teilweise gibt es dann Öffnungen inden Vakuumkammern, wo eben diese elektrischen Felder wirken und die Teilchen beschleunigen können.
Tim Pritlove
Ich hab jetzt noch nicht so ganz verstanden, warum man jetzt erstmal noch einenElektron hinzufügt und dann aus dieser Quelle diese, wie nennt man das dann,wenn das Proton mit zwei Elektronen versorgt ist?
Alexander Huschauer
Das negativ geladene Wasserstoffatom.
Tim Pritlove
Das negativ geladene Wasserstoffatom. Das ist ja eigentlich nicht das,was wir auf die Reise schicken wollen. Warum wird denn das rausgezogen? Noch nicht.
Alexander Huschauer
Wir hatten auch bis 2018 haben wir rein Protonen beschleunigt und zwischen 2019und 2020 gab es hier ein Upgrade-Programm,wo viele der Beschleuniger in ihrer Leistungsfähigkeit verbessert wurden undeiner der Schritte war eben diesen neuen Linak, diesen neuen Linearbeschleunigerzu installieren, der H-, negativgeladene Wasserstoffatome, beschleunigt.Und das ist dazu da, dass man dann eigentlich in der nächsten Maschine,der erste Ringbeschleuniger ist, die Teilchendichte erhöhen kann und somit einegrößere Anzahl von Teilchen in einer kleineren Fläche zusammenpacken kann.Weil das ist das, was im Endeffekt bei Experimenten wie beim LHC zählt.Es ist, dass man möglichst viele Kollisionen zusammenbekommt.Und wie bekommt man mehr und mehr Kollisionen zusammen? indem man einerseitsdie Anzahl der Teilchen erhöht oder andererseits die Strahldimensionen verkleinert,damit, wenn man sie aufeinander schießt, möglichst viele Teilchen miteinander kollidieren.Das heißt wir gehen dann durch diesen Linak, wo Stück für Stück die Energieder Teilchen erhöht wird mit verschiedenen Kavitäten,verschiedenen Arten von Kavitäten und am Ende der Quelle haben wir zum Beispiel45 Kiloelektronenvolt an Energie.Das heißt, die Quelle hat 45 Kilowolt und wenn die Ladung da durchgeht,dann spricht man davon, dass die Teilchen auf 45 Kiloelektronenvolt beschleunigt wurden.Im Prinzip, wenn man sich eine Batterie hernimmt mit einem Volt,ein Teilchen, das von einem Volt beschleunigt wird, hätte am Ende einen Elektronenvolt.Und das sind diese Energieskalen, die wir am CERN verwenden,um unsere Beschleuniger zu definieren.Welche Größenordnungen von Energien, die im Prinzip den Teilchen geben können.Jetzt sind wir am Ende dieses Linux, sind wir von den 45 kEV am Beginn zu 160Megaelektronenvolt, 160 MeV gekommen.Und dann gehen wir in die erste Transferlinie.
Tim Pritlove
Warte mal kurz. Das Beschleunigen mit diesen Hohlräumen, diesen Kavitäten,was genau beschleunigt denn jetzt diese Elemente?Also was führt dazu, dass sie schneller unterwegs sind? Weil da muss ja irgendwieEnergie übertragen werden und nur so ein Magnetfelder nebenhalten allein reichtja nicht. Das ist zum Ablenken vielleicht ganz gut und zum Ausrichten,aber da wird man ja noch nicht automatisch schneller von.
Alexander Huschauer
Da wird man überhaupt nicht schneller davon, ganz genau. Deswegen braucht man elektrische Felder.Mit Magnetfeldern können wir die Teilchen manipulieren. Wir können sie ebenfokussieren oder auch auf Kreisbahnen lenken.Aber dann brauchen wir elektrische Felder, um wirklich die Energie der Teilchen erhöhen zu können.Sprich, man muss sich das so vorstellen, dass wir oszillierende elektrischeFelder haben Und die Teilchen im Prinzip.Angesorgt werden von diesem elektrischen Feld, wenn es die richtige Polaritäthat, je nachdem welche Ladung.Sprich, wir haben einen negativ geladenen Wasserstoff, der wird von einem positivenelektrischen Feld angezogen.Danach wird das umgepolt, sodass das Feld negativ wird, wenn das geladene Teilchenvorbei ist und dann wieder abgestoßen wird.Und so müssen wir schön synchronisiert Stück für Stück entlang des Beschleunigers dafür sorgen,dass diese Polaritäten der Felder immer so sind, dass wir im Endeffekt einekontinuierliche Beschleunigung entlang der Maschine erhalten.
Tim Pritlove
Also im Prinzip wie bei einer Schaukel, wo man dann auch im richtigen Momentsein Gewicht so verlagert,dass man dann immer genau schiebt, wenn man es braucht und sich nach vorne verlegtzurück und dadurch quasi die eigene Bewegungsenergie, Also wenn man sie richtigtimet, auf die Schaukel überträgt und dann schaukelt es immer schneller.
Alexander Huschauer
Ganz genau und wenn man sie falsch timet, dann bleibt das Teilchen stehen.
Tim Pritlove
Okay, verstehe. Und das machen diese Hohlraum- Hochfrequenz-Kavitäten.Hochfrequenz-Kavitäten.
Alexander Huschauer
Weil sie eben mit sehr hohen Frequenzen arbeiten. In dem LIMNAC zum Beispielmit 350 Megahertz oszilliert dieses elektrische Feld dann.
Tim Pritlove
Aber wie synchronisiert sich denn dann dieses elektrische Feld?Da muss man ja quasi sehr genau wissen wie schnell das Teilchen schon ist.Muss man das messen oder ergibt sich das?
Alexander Huschauer
Im Linac ist das ein Teil des Designs der Maschine.Man muss sagen im Prinzip gibt es da einen sogenannten Driftube Linac.Das heißt, die Teilchen fliegen durch kleine Röhrchen, in denen sie abgeschirmtwerden von dem elektrischen Feld. Und währenddem sie abgeschirmt werden, wird das Feld umgepolt.So, dass wenn das Teilchen am Ende dieser Röhre herauskommt,es genau wieder beschleunigt wird, weil das Feld die richtige Polarität hat.Dann gibt es aber jetzt nicht nur eine so eine Röhre in so einem Linearbeschleuniger, es gibt viele.Und die Teilchen werden schneller und schneller und schneller.Die Frequenz dieses elektrischen Felds bleibt aber konstant.Dementsprechend müssen diese Röhren, in denen die Teilchen abgeschirmt werden,auch immer länger und länger werden. Also im Inneren so eines Drift-Tube-Linux.Und ja, so ist das eine Anordnung von verschiedenen Röhren, wo dazwischen dannBeschleunigung stattfindet in einem Linearbeschleuniger, in einem Kreisbeschleunigersieht das Ganze wieder ein bisschen anders aus.
Tim Pritlove
Okay, aber der Linearbeschleuniger ist jetzt sozusagen erstmal dafür da,die Source erstmal anzuzapfen, überhaupt erstmal die Teilchen,die man haben will, die man beschleunigen möchte, rauszunehmen und dann ebenüber diese Methodik erstmal auf so eine Grundgeschwindigkeit zu bringen und nicht nur das,sondern auch gerade auszurichten, dass sie einfach eine klare Richtung habenund das sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Sicht.Also man weiß, wo man hinschießt und man weiß, wie schnell man schießt und woder Strahl sich befindet und dann kann es eigentlich erst so richtig losgehen.
Alexander Huschauer
Und man weiß auch, welche Größe der Strahl hat. Das ist wesentlich nachher fürdie Experimente und welche Energie. Also das natürlich geht mit der Geschwindigkeit einigermaßen.
Tim Pritlove
Aber nicht alle Detektoren schreienja jetzt nach Wasserstoffatomen oder beziehungsweise nach Protonen.
Alexander Huschauer
Aber der Großteil, sagen wir mal, also wir haben eben den Großteil des Jahresam CERN machen wir Protonenphysik.Wir machen meistens am Ende des Jahres, haben wir einen Monat Ionenphysik,wo wir dann Bleionen verwenden. Aber den Rest des Jahres machen wir eigentlich immer Protonenphysik.Natürlich ist es dann so, dass die Experimente selbst nicht unbedingt die Protonenbrauchen, aber aus den Protonen werden eventuelle Sekundärteilchen erzeugt,die dann wirklich von den Experimenten verwendet werden.
Tim Pritlove
Und das Blei, wo kommt das her?
Alexander Huschauer
Das kommt aus einer anderen Quelle. Also im Prinzip gibt es diese Wasserstoffquelle,es gibt eine Bleiquelle mit einem anderen Linak.Dort funktioniert das ein bisschen anders, da gibt es so ein kleines Stück 10Gramm schwerer Blei, das aufgeheizt wird, wo dann diese Bleiatome eben in eine Kammer hineinkommen.Dort auch wird wieder ein Plasma angeregt, in dem man mit Mikrowellen die ganze Struktur anregt.Die Teilchen dazu führen, dass sie ionisiert werden und dort werden die dannaus einer Quelle genauso herausgesaugt und in einen anderen Linang,der ein bisschen anders funktioniert, aber vom Prinzip her das gleiche ist,Teilchen beschleunigen, Strahlgröße definieren, vorbereitet.
Tim Pritlove
Also man macht sich quasi durch Hitze so eine Art Bleigas und dann geht es wenig weiter.
Alexander Huschauer
Absolut, genau. Und am Ende dieser Linearbeschleuniger gibt es dann eine Transferlinie,die jeweils zu dem ersten Ringbeschleuniger die Teilchen bringt.Und wenn wir zurück in zu der Protonenkette, dann ist nach dem LINAK 4,der eben unser erster Beschleuniger ist, der diesen Wasserstoff beschleunigt.
Tim Pritlove
Wenn er der erste ist, warum heißt er dann 4?
Alexander Huschauer
Ja, weil es davor 1, 2 gab. 3 ist der für die Ionen und 4 ist der neue,der jetzt eben 2019 quasi in Betrieb genommen wurde.
Tim Pritlove
Also die die neueste Version.
Alexander Huschauer
Und dann gehen wir hinein in den Booster, den Proton-Synchrotron-Booster,der die erste kreisförmige Maschine ist.Unsere Kreisbeschleuniger, die nennen wir Synchrotron. Da sage ich dann auchnochmal dazu vielleicht warum genau. Also gehen wir zu den Bestandteilen,die wir brauchen. Beim LINAC hatten wir jetzt schon die Hochfrequenz-Kavitätenund Quadrupole zum Fokussieren.Ein wesentlicher Bestandteil für einen Ringbeschleuniger fehlt uns jetzt noch,das sind die Dipolmagnete.Dipolmagnete haben ein konstantes magnetisches Feld und geladene Teilchen ineinem Dipolmagnet werden auf eine Kreisbahn gelenkt.Und das ist eben das, was es uns ermöglicht, die Teilchen im Kreis zu senden,in sogenannten Synchrotrons, in diesen Kreisbeschleunigern.Und mit diesen Quadrupolmagneten kommt es auch in diesen Maschinen zur transversalenFokussierung und dann gibt es eben noch genauso Hochfrequenz-Kavitäten in denMaschinen, die auch dort dazu führen, dass die Teilchen beschleunigt werden.Es ist ein großer Unterschied aber zum LINAK, weil beim LINAK gehen diese Teilchendurch zum Beispiel beim LINAK 4 86 Meter einmal durch.Die werden einfach einmal beschleunigt und dann ist die Beschleunigung dort erledigt.Bei dem Kreisbeschleuniger nützt man jetzt aus, dass man wesentlich kleinereelektrische Spannungen hat, kleinere Beschleunigung bekommt,aber dafür eben oftmals im Kreis geht. Und jedes Mal, wenn das Teilchen vorbeikommt,wenn es im Kreis geht, wird es mehr und mehr und mehr beschleunigt.Wenn es jetzt mehr beschleunigt wird, sagen wir auch, dass es im Prinzip morerigid wird, rigider, und Es lässt sich.Also die Ablenkung in einem gleichbleibenden Magnetfeld wird immer weniger und weniger.Um ein Teilchen, das immer höhere und höhere Energie bekommt,weiterhin auf einer gleichen Kreisbahn halten zu können,muss man auch das Magnetfeld der Dipole nach oben fahren, so damit eben derKreisbeschleuniger hat eben eine Vakuumkammer und die Teilchen müssen idealerweiseim Zentrum dieser Vakuumkammer bleiben.Wenn sie davon zu weit ausgelenkt werden, dann werden sie irgendwann die Kammertreffen und dann sind sie weg.Und deswegen heißen die Maschinen Synchrotron, weil synchron mit der Beschleunigungmuss man das Magnetfeld der Dipole und im weiteren Sinne auch der Quadropoleerhöhen, damit man die Teilchen auf der gleichen Kreisbahn halten kann.
Tim Pritlove
Und die erhöht man, indem man da mehr Strom reinsteckt?
Alexander Huschauer
Für die Magnete, ganz genau. Konventionelle Magnete, Eisenmagnete,die wir hier verwenden, die gehen so bis 1,2 Tesla Magnetfeld hinauf.Das sind normal leitende dann.Und wenn man dann an den LAC schaut, dann verwenden wir dort eben supraleitendeMagnete, wo wir 8,3 Tesla Magnetfelder erzeugen können, die mit konventionellenEisenmagneten nicht mehr erreichbar sind.
Tim Pritlove
Also das mit dem Ring ist ja eigentlich eine ganz pfiffige Nummer,weil sonst müsste man es ja quasi einmal um die Erde schicken,wäre auch ganz schön, wäre ein echt toller Ring, aber kriegt man irgendwie nicht so richtig gebaut.Heißt aber auch, wenn man es einmal in den Ring reinschickt,dann möchte man es ja auch irgendwann aus dem Ring wieder rauskriegen,da gibt es ja dann sozusagen eine Kreuzung, da muss ja dann irgendwo auch maleine Weiche gestellt werden und vor allem, vielleicht kannst du uns auch gleichmal so ein Gefühl für die Zeit geben, in der sich das jetzt alles abspielt.Also klar das Teilchen kommt aus dem Linearbeschleuniger, das macht halt zack,dann ist es halt irgendwie schon in diesem Synchrotron.Wie lange dauert das jetzt bis man das auf die gewünschte erste Zwischengeschwindigkeit bekommt?Ist das dann auch nur zack und dann war's oder reden wir von Sekunden?
Alexander Huschauer
Sekunden, Sekunden in dem Fall. Also wir sprechen da immer von einer sogenanntenBasic Period, das ist so quasi der Herzschlag aller unserer Beschleuniger, das ist 1,2 Sekunden.Alle 1,2 Sekunden kann unser erster Beschleuniger, erster Synchrotron der Boostereben Strahl liefern an entweder eins der Experimente, das direkt an dem Boosterdran hängt oder an die nächsten Beschleuniger in der Kette.Und innerhalb dieser 1,2 Sekunden passiert jetzt eben, dass der LINAC injiziert.Danach werden die Teilchen beschleunigt, also das Magnetfeld im Booster wirdnach oben gefahren, bis wir von der Injektionsenergie von 160 MeV auf 2 GeV kommen.An diesem Punkt würden dann die Strahlen aus der Maschine extrahiert werden,zu der nächsten Maschine zum Beispiel. Und danach muss natürlich das Magnetfeldauch wieder runtergefahren werden, damit man bereit ist für die nächste Injektion.Und das nennen wir einen magnetischen Zyklus.Injektion, Extraktion, wieder runterfahren, vorbereiten für die nächste Injektion.Und das passiert eben alle 1,2 Sekunden.Und die Beschleuniger, die dann dahinter stehen, Die können,die Länge des magnetischen Zyklus kann im Prinzip ein Vielfaches dieser 1,2 Sekunden sein.
Tim Pritlove
Die Rausführung ist dann sozusagen am Ende auch nur ein anders geschalteterMagnet, der dann sozusagen das Teilchen nicht weiter in dieser Kreisbahn hält,sondern einfach frei schießen lässt und dann schießt es einfach gerade rauf.
Alexander Huschauer
Wir nennen diese Elemente Kicker. Die kicken den Beam aus der Maschine raus.Die sind im Prinzip schnelle Magnete, weil diese Dipole, die wir im Ring haben,diese Hauptdipole, die ändern ihr Magnetfeld relativ langsam, über Millisekunden.Also im Bereich von Millisekunden ändert man das Feld um, wir sprechen da vonGauss, 10 hoch minus 4 Tesla.Und dann sind das 10-20 Gauss, die sich da in der Millisekunde ändern.Um den Strahl jetzt aber aus der Maschine zu extrahieren, wir sprechen da vonUmlaufzeiten, die im Mikrosekundenbereich sind. Das heißt viel schneller.Deswegen braucht man schnell gepulste Magnete, eben diese Kicker,die so ein, zwei Mikrosekunden lang ein Magnetfeld aufbauen und den Strahl wirklichdann rauskicken, durch ein sogenanntes Septum.Also im Ring selbst befindet sich so ein Kicker und dann geht der Strahl durchein Septum durch, das wiederum nichts anderes als ein Magnet ist,das dazu führt, dass der Strahl dann ausgelenkt wird in die Transferlinie.
Tim Pritlove
Okay, ich hätte jetzt vielleicht als erstes erstmal erwartet,dass man einfach einen dieser Magneten, die das im Ring halten,einfach ausschaltet und dann schießt das gerade aus, aber das ist nicht so,weil die halt eben langsam sind und insofern dafür geeignet sind.Das heißt man hat noch so einen zwischengeschalteten Kickermagneten,der das daher einfach rausboxt.
Alexander Huschauer
Genau, es gibt viele zusätzliche Magnete in einem Beschleuniger.Es gibt immer die Hauptdipole, es gibt die Hauptquadrupole, die eben für dietransversale Fokussierung da sind.Es gibt die Hochfrequenzkapitäten, es gibt diese Kicker, es gibt die Scepter,das sind eben diese Elemente zum Extrahieren direkt.Es gibt Messinstrumente, man möchte wissen,wie viel Intensität, wie viele Teilchen laufen um in meinem Ring,welche Größe haben die, sprich ich kann die transversale Größe messen und vieleandere Elemente. Es gibt Positionen.
Tim Pritlove
Wie viel ist da drin?
Alexander Huschauer
Mit einer Spule im Prinzip, die rundherum gewickelt ist, um deine Vakuumkammer.
Tim Pritlove
Achso, weil das Teilchen da durchfliegt, dann erzeugt es natürlich einen Strom.
Alexander Huschauer
Genau, das nennen wir Beam Current Transformer. Also da wird einfach ein Strominduziert, der der Anzahl der Teilchen proportional ist.Und genauso kann man transversal die Größe messen des Strahls.Das machen wir mit einem Draht, der durch den Strahl durchgeht,sogenannter Wire Scanner.Das heißt, der wird von links nach rechts oder oben nach unten durch den Strahl durchbewegt.Dieser Draht ist eigentlich so ein Kohlenstoffdraht, die Teilchen kollidierenmit diesem Kohlenstoffdraht.Wird dann dazu geführt, dass Sekundärteilchen erzeugt werden.Die werden von einem Sintellator gemessen, das wird verstärkt und das Signalist dann proportional zur Größe deines Strahls. Und du kannst sagen,okay, dieser Strahl in den kleineren Maschinen ist vielleicht einen Zentimeter groß.Im LHC, wenn es dann wirklich sehr klein wird, dann ist er halt ein paar hundert Mikrometer groß.
Tim Pritlove
Eben Durchmesser?
Alexander Huschauer
Genau. Das ist nämlich auch ein wesentlicher Punkt. Je höher die Energie ist,umso kleiner werden die Dimensionen der Teilchen.Dementsprechend hat man auch bei den ersten Beschleunigern Vakuumkammern,die extrem groß sind, weil diese Strahlen halt noch sehr divergent sind.Und da reden wir von ein paar Zentimetern.Dies können schon mal so sein, so 15 Zentimeter in der horizontalen Richtungund 7, 8 Zentimeter in der vertikalen Richtung.Während dann im LHC die Kammer halt wesentlich kleiner ist und hat dann nureinen Durchmesser von so 4 Zentimetern ungefähr.
Tim Pritlove
Aber nicht die Teilchen selber sind kleiner, sondern der Strahl in dem sie gebündelt sind ist kleiner.
Alexander Huschauer
Also im Prinzip der Leerraum zwischen den Teilchen verschwindet.
Tim Pritlove
Ok, verstehe.Ok, also wir haben jetzt die Quelle gehabt, wir haben die lineare Beschleunigunggehabt, dort ging es ins Synchrotron rein, dann hat man 1,2 Sekunden Zeit dasmal ordentlich in Rotation zu bringen.Das wird mit diesen langsamen Magneten, also verhältnismäßig langsamen Magnetengemacht und dann mit dem Kicker werden sie raus aus ihrer Flugbahn ein wenig abgelenkt,um dann von diesem Septum Element, was macht denn das überhaupt?
Alexander Huschauer
Ist wieder im Prinzip ein Dipole, ein schnell gepulster Genuss.
Tim Pritlove
Also nochmal ein Magnet.
Alexander Huschauer
Nochmal ein Magnet.
Tim Pritlove
Aber reicht der Kicker alleine nicht schon? Ich meine, wenn er kickt,dann fliegt das doch schon woanders hin. Wozu braucht man dann noch einen?
Alexander Huschauer
Dann fliegt es woanders hin, aber man muss in der Maschine, muss man sich vorstellen,aus dem einerseits den zirkulierenden Strahl hat.Und dann hat man den extrahierten Strahl. Wenn dieses Septum jetzt im Zentrumder Maschine sein würde, würde dort der zirkulierende Strahl sich bewegen undder Strahl würde im Prinzip jedes Mal aus der Maschine ausgelenkt werden.Aus dem Grund ist dieser Septum-Magnet mit einigem Abstand zum Zentrum der Maschine,also ein paar Zentimeter außerhalb, installiert.Dann verwendet man den Kicker, dass der Beam von der zentralen,idealen Orbit eben ausgelenkt wirdund dann in die Öffnung von diesem Septum hineingetroffen wird und nur dortsieht der Strahl dann wirklich das Magnetfeld von dem Septum,so dass der zirkulierende Strahl während dieser ganzen 1,2 Sekunden nie vondiesem Feld, das in dem Septum wirkt, beeinflusst wird.Und erst dann, wenn der Strahl zu hohen Amplituden gekickt wurde,dann sieht der Strahl dort das Magnetfeld, wird ausgelenkt und dann geht esweiter in der Transferlinie.
Tim Pritlove
Okay, also weiter in der Transferlinie.Was folgt denn auf dieses Synchrotron? Gibt es da nur eins von oder hat jederLinearbeschleuniger sein eigenes?
Alexander Huschauer
Da gibt es ein paar. Das ist eben die Beschleunigerkette. Es gibt einen Linearbeschleuniger,dann gehen wir in einen Proton-Synchrotron-Booster, von dort gehen wir in dasProtonen-Synchrotron, dann in das Super-Protonen-Synchrotron und dann in den LAC.
Tim Pritlove
Okay, also es gibt im Prinzip eine Kaskade von mehr oder weniger ähnlich aufgebautenDingern, die aber unterschiedliche Größen, andere Magnete, andere Dimensionierungenhaben und dabei immer wieder die Energie weiter steigern.
Alexander Huschauer
Genau, so Pi mal Dormen ist so ein Faktor 10 Energieerhöhung pro Maschine möglich.
Tim Pritlove
Okay, wie groß sind diese einzelnen Synchrotrone dann so im Durchmesser?
Alexander Huschauer
Also der Booster hat einen Radius von 25 Metern mit einer Länge von 157 Metern,der PS 628 Meter Länge, SPS 7 Kilometer und LAC dann 27 Kilometer Länge.Und zum Beispiel, wenn man sich den PS hernimmt mit einem Radius von 100 Meternund den Proton-Synchrotron-Booster mit einem Radius von 25 Metern,da sieht man genau da, dass da eben ein Faktor 4 dazwischen ist,weil in den Anfängen des ZERNs gab es den LINAK, der direkt in den PS injiziert hatte.Und zwischen dann irgendwann in den 70er Jahren, um die Energie zu boosten,wurde der Booster dazwischen geschaltet.Und der hat dann eben dazu geführt, dass die Strahlen, die in den PS injiziertwerden, höhere Energie haben, als sie ursprünglich vom Linnak hatten.Und das erlaubt einem höhere Strahldichten zu erzeugen, also mehr Teilchen inkleinerer Fläche, um dann effizientere Experimente durchführen zu können.
Tim Pritlove
So, das waren jetzt vier Synchrotrone, die wir aufgezählt haben.
Alexander Huschauer
Ganz genau.
Tim Pritlove
Aber der Booster gehört jetzt nicht dazu?
Alexander Huschauer
Doch, doch. Booster, PS, SPS und LAC.
Tim Pritlove
Okay, Booster, PS, SPS, LRC. Jetzt kriegst du langsam auf die Kette hier imwahrsten Sinne des Wortes.Und es folgt auch nur noch Synchrotron auf Synchrotron, also die Verbindungist sozusagen dann unmittelbar.Vom Booster fliegt es auch direkt in den nächsten Ring rein.
Alexander Huschauer
Jeder dieser Beschleuniger hat zusätzlich seine experimentelle Zone,Experimental Area nennen wir das, wo genauso Physikexperimente durchgeführt werden.Also einerseits kann der Strahl zur nächsten Maschine kommen,andererseits kann der Strahl zu diesen Experimenten direkt ausgelenkt werden.
Tim Pritlove
Für Experimente, die jetzt nicht so viel Energie brauchen.
Alexander Huschauer
Ganz genau, ganz genau. Gibt es verschiedenste. Eben je nach Energiebedarf sindsie dann an einem anderen Beschleuniger angesiedelt Und die nennt man FixedTarget Experimente, sprich man schießt den Strahl auf ein feststehendes Ziel,ein Metallblock in der Regel, und dahinter werden sekundäre Strahlen erzeugt.Und je nachdem welches Experiment dort angeordnet ist, filtert es dann die Sekundärteilchen aus, Die,benützt werden für das jeweilige Experiment und macht dann damit weitere Untersuchungenoder der Strahl geht eben weiter zum nächsten Beschleuniger,wo einfach die Energie erhöht wird und dann geht es weiter zum nächsten odereben zu der anderen Experimental Area.
Tim Pritlove
Das kann man sozusagen je nach Experimentbedarf entsprechend timen,dass man weiß so hier jetzt muss man da was machen und jetzt brauchen wir es in dem großen,Es ist nicht so, dass nur eine dieser Konstellationen gleichzeitig funktionieren kann,sondern die werden sozusagen die ganze Zeit alle parallel bedient,dass es mehr oder weniger gleichzeitig, nebenläufig funktionieren kann.
Alexander Huschauer
Ganz genau, das ist relativ flexibel. Also wir haben diese 1,2 Sekunden,in denen der Boosterstrahl produzieren kann,dann geht der Strahl zum Beispiel zum PS weiter und kann dort innerhalb von1,2 Sekunden wiederum extrahiert werden, ausgelenkt zu einem der Experimente.Zum Beispiel gibt es EntOF, Neutron Time of Flight, wo Neutronenphysik gemacht wird.Oder, es ist nicht immer im PS dann 1,2 Sekunden, manchmal muss man auch umdie Energie weiter zu erhöhen, 2,4 Sekunden oder 3,6 Sekunden machen.Also diese Basic Period von 1,2 Sekunden einfach zusammenpacken in längere magnetische Zyklen.Und dann kann man Strahl weiter senden zum Beispiel zu unserer Antimaterie Maschine,dem Antiproton Decelerator oder zum Superprotonen Synchrotron,wo dann im weiteren die Strahlen zum LAC.Für den LHC produziert werden, aber das geht eben relativ flexibel.Also einmal gibt es einen Strahl für ENTOF, einmal gibt es einen Strahl fürAD, einmal gibt es einen Strahl zum SPS.Danach hat wieder nur der Booster Strahl und schickt das zu seiner Facility,die ist die Isolde Facility, wo Isotope und exotische Atomkerne untersucht werden.Und das ist relativ flexibel und all das wird immer und wieder abgespielt ineiner Konstellation, die wir Super Cycle nennen.Also man hat zum Beispiel eine Programmierung von 20 verschiedenen magnetischen Zyklen,die werden abgespeichert, da gibt es das Haupt-Timing-System,das ist dafür zuständig, dass all diese Dinge eben der Reihe nach abgespieltwerden und nach 30 Sekunden beginnt es wieder vom Neuen und die gleichen Userbekommen wiederum ihren Strahl.Das heißt, was bei uns wichtig ist, ist dann der sogenannte Duty-Cycle,wie viel Strahl bekommt welches Experiment zu welchem Zeitpunkt.Und das ist halt ein bisschen ein Verhandlungsgeschick im Hintergrund und dagibt es natürlich gibt es da vom CERN Council dann auch Prioritäten,welche Experimente sollten wie viel Strahlzeit bekommen über das Jahr verteilt.Dann gibt es den Physikkoordinator, der sich dafür dann einsetzt,dass die Interessen der Experimente richtig vertreten werden.Und gemeinsam mit der Operation entwickelt man dann eben so ein Schema,wie man diesen Beschleunigerkomplex betreibt, sodass im Endeffekt jeder glücklich wird.
Tim Pritlove
Also vergleichbar mit so der Zuteilung von Beobachtungszeit auf Weltraumteleskopen,wo sich ja auch mal alle boxen, wer denn jetzt mal wann wohin gucken kann.Aber das lässt sich ja hier ganz gut aufteilen zumindest. Aber irgendwann istnatürlich dann auch jeder Strahl vergeben und dann geht's los das Geboxe.
Alexander Huschauer
Stimmt ja.
Tim Pritlove
Was sind denn exotische Atomkerne?Gibt es welche, die so ein bisschen aus der Mode gekommen sind oder die nichtso oft angeschaut werden?
Alexander Huschauer
Ja vor allem die sehr kurzlebig sind. Das sind dann Teilchen,die wirklich unter Lava-Bedingungen erzeugt werden, die dann sehr kurzlebigsind, oft sehr schwer sind und dann gibt es eben die Isolde-Facility,die sich damit genauer dann beschäftigt und ansieht, wie sich diese Teilchen verhalten.
Tim Pritlove
Diese vier Synchrotrone sind ja vermutlich auch alle mehr oder weniger in derReihenfolge gebaut worden. Mit dem kleinsten hat es mal angefangen und dannist man immer größer geworden, bis es halt jetzt bis zu dem LHC gekommen ist.Und es gibt ja auch schon Pläne für noch größere Ausdehnungen.Sind denn die technischen Unterschiededieser 4 Synchrotoner dürften wahrscheinlich auch signifikant sein?Also einerseits, also das Prinzip ist immer das gleiche, aber die konkrete Ausführung ist anders.
Alexander Huschauer
Genau, also die Art und Weise dieser Hauptmagnete.Die ändert sich von Maschine zu Maschine. Im Booster, im PS und im SPS verwendenwir eben immer noch normal leitende Magnete, während im LAC dann supra leitendeMagnete verwendet werden.Die Energie, die maximale Energie, die man erreichen kann in einer Maschine,hängt eben ab von dem maximalen Magnetfeld, das man erreichen kann und von demDurchmesser der Maschine.Dementsprechend braucht man, um zu den höchsten Energien zu kommen, große Tunnel.
Tim Pritlove
Warum ist denn der Durchmesser entscheidend? Man könnte doch im Prinzip sagen,man kann sich die ganze Zeit im Kreis drehen, wird immer schneller.
Alexander Huschauer
Aber irgendwann, das ist eben das Prinzip des Synchrotrons, sie werden immerenergetischer und energetischer, wenn das Magnetfeld nicht mehr mitfahren kann,dann kannst du sie irgendwann nicht mehr auf der Kreisbahn halten.Und deswegen mit normalen Leitungen.
Tim Pritlove
Man muss die Krümmung reduzieren, damit man es überhaupt noch halten kann,trotz höherer Energien.
Alexander Huschauer
Ganz genau. Und wenn wir dann vielleicht ein bisschen zur Supraleitung gehen, zum LHC.
Tim Pritlove
Das ist nur dort so.
Alexander Huschauer
Es gibt verschiedenste kleinere Installationen, wo einzelne Magnete supraleitendsind am CERN, aber wirklich am LHC sind die Hauptmagnete wirklich supraleitend.Also da gibt es 1232 Dipole, die installiert sind. Jeder ist 15 Meter lang und die sind supraleitend.Sprich, da ist nicht mehr das Eisen dafür zuständig,dass die magnetische Feldlinienverteilung vorgegeben wird, sondern diese supraleitendenKabel, die im Inneren der Dipole angeordnet sind, sind auf eine bestimmte Artund Weise angeordnet, dass eben ein Dipolemagnetfeld entsteht.Und um in diesen supraleitenden Zustand zu kommen, muss man die Magnete kühlen.Weil im Falle vom LAC wird er betrieben bei minus 271 Grad Celsius bei 1,9 Kelvin.Diese Kabel, die da verwendet werden, sind aus Niobium-Titan,die unterhalb einer bestimmten Temperatur superleitend werden,was eben heißt, dass sie ihren elektrischen Widerstand verlieren und dass hoheStröme, so wie im LHC, bis zu 12.000,Ampere, ungehindert fließen können. Aber dafür muss diese Superleitung permanentaufrechterhalten werden.Was heißt, diese Magnete müssen mit flüssigem Helium gekühlt werden,um eben auf 1,9 Kelvin Arbeitstemperatur gehalten zu werden.Da kann man sich schon vorstellen, dass da eine riesige Infrastruktur dahintersteckt, um dieses Helium zur Verfügung zu stellen, abzukühlen,in die Magnete zu bringen und die Magnete runter zu kühlen.
Tim Pritlove
Ist flüssiges Helium nicht auch so total ätzend, dass man das überhaupt im Tankbehält? Also das kriecht doch auch überall durch, oder?
Alexander Huschauer
Es gibt dann natürlich, wir sprechen da von einer Cold Mass,das ist jener Teil des Magneten, der kalt ist, der gekühlt wird.Und der muss natürlich bestens abgeschirmt sein gegenüber der Außenwelt.Das ist dann in seinem sogenannten Kryostat.Da gibt es eine riesige Infrastruktur für die Kryotechnik.Und man muss natürlich aufpassen zwischen den Verbindungen der Magneten,dass alles extrem dicht ist, dass dort das Helium dann auch nicht irgendwo entweichen kann.
Tim Pritlove
Weil das tut es gerne, ne?
Alexander Huschauer
Ja, ich meine, es ist natürlich auch in unserem Interesse, es nicht entweichen zu lassen.Das ist natürlich eine 150 Tonnen vom Helium sind am CERN gespeichert und inVerwendung, rein für den LHC. Das ist natürlich ein riesiger Speicher,der auch einiges dann an Geld bindet, sag ich mal.Und dementsprechend muss man da wirklich effizient sein, dass das wiederverwendet wird.
Tim Pritlove
Aber wodurch wird diese Kühlung realisiert?Also Helium muss ja erstmal gekühlt werden, das ist ja nur das Übertragungsmedium an der Stelle.
Alexander Huschauer
Da gibt es eben in dieser Kryotechnik verschiedene Kompressoren und Wärmetauscherund Stickstoff vor allem, der als erste Kühlstufe dient, um die Maschine dannrunter zu kühlen bis zu 80 Kelvin.Und ab dann erst übernimmt das Helium auch die weitere Kühltätigkeit, sage ich mal.Und es ist vor allem, wenn mansich denkt, dass man diese Maschine von Raumtemperatur runterkühlen muss,minus 270 auf minus270 grad dann kommt es dann natürlich auch zuextremen mechanischen änderungen alsoim endeffekt verkürzt sich so eine lhc magnet beim abkühlen um bis zu vier zentimeterder ist wie groß normalerweise der ist eben so 15 meter lang 15 meter und wirdvier zentimeter also über die ganze maschine sprechen wir da schon von mehrals 50 metern dann ja und das muss ausgeglichen werden,auch von diesen Flanschen oder Bellows,die flexibel gestaltet werden müssen zwischen den verschiedenen Magneten,damit dort diese Längendilatation abgefangen werden kann.
Tim Pritlove
Wann ist der LHC das erste Mal in Betrieb gegangen?
Alexander Huschauer
Das erste Mal in Betrieb gegangen ist der 2008 und dann gab es einen kleinen Stopp 2008 bis 2009.
Tim Pritlove
Weil mit dem Magneten was schief gelaufen ist?
Alexander Huschauer
Genau, da ist in der ersten Phase, während einer Testphase ein bisschen was schief gelaufen.Da warst du aber noch nicht hier oder? Da war ich noch nicht hier. Ich bin seit 2011 hier.Aber da gab es einen, im Prinzip gab es einen elektrischen Kurzschluss in derVerbindung zweier Magnete.
Tim Pritlove
Ja.
Alexander Huschauer
Das hat dazu geführt, dass es dann einen Lichtbogen gab, der genau diese Verpackungdes Heliums dann mal durchtrennt hat.Das Helium dann begonnen hat dort auszutreten und eigentlich sind die Magnete,haben schon Sicherheitsvorkehrungen dafür eingebaut, dass sowas passiert.Aber das waren einfach Unmengen von Helium, die da ausgetreten sind.Diese ganzen Ventile, die da existieren, die waren nicht dafür ausgelegt.Und dementsprechend hat es dann eine riesige Druckwelle in der Maschine gegeben,als dieses flüssige Helium dann gasförmig geworden ist, durch diese Ventile austreten wollte.Der Druck hat sich immer weiter aufgebaut in diesem Kryostaten.Und dann hat es einfach dazu geführt, dass longitudinal entlang der Maschineeine extreme Druckwelle sich ausgebreitet hat und große Teile der Maschine einfach zerstört hat.Und da mussten dann auch so bis zu 50 Magnete ausgetauscht werden,was dann zu einem Stopp von einem Jahr geführt hat. Das Sicherheitssystem wurdeüberdacht und seitdem laufen wir dann auch wieder ohne Probleme.
Tim Pritlove
Also gebrannt hat er aber nichts. Nein, gebrannt hat er nichts.So eine reine mechanische Deformation, aber das ist ja auch schlimm genug bei diesen Geräten.Die kauft man ja auch nicht so von der Stange, die werden ja auch alle spezielldafür hergestellt. und da gab es dann wahrscheinlich auch keine mehr,die noch irgendwie auf Lager lagen.
Alexander Huschauer
Es gab da zum Glück noch Ersatzterrenner und Ersatzmagnete, absolut.
Tim Pritlove
Glück gehabt.
Alexander Huschauer
Glück im Unglück, das sagt gern.
Tim Pritlove
Ok, haben wir denn jetzt die Chain mehr oder weniger komplett?Wenn wir jetzt mal so die ganze Beschleunigung vielleicht noch mal kurz zusammenfassenvon der Quelle geht es durch den Linearbeschleuniger und da waren wir schonbei den Megaelektronenvolt oder waren das noch die Kilowatt?
Alexander Huschauer
160 Megaelektronenvolt und dann gehen wir in den Booster,da gehen wir zu 2 Gigaelektronenvolt, im Protonensynchrotron zu 26 Gigaelektronenvolt,im Superprotonensynchrotron zu 450 Gigaelektronenvolt Und dann schlussendlichim LHC zu 7 Teraelektronenvolt oder 7000 Gigaelektronenvolt Energie pro Strahl.Weil im LHC kollidieren wir zwei Strahlen aufeinander.Das heißt, vom SPS gibt es zwei Transferlinien, die einmal BIM1 und BIM2 in den LHC injizieren.Einmal läuft der Strahl im Uhrzeigersinn, einmal gegen den Uhrzeigersinn,in zwei unabhängigen Vakuumkammern.Und an den Interaktionspunkten, wo dann die großen Experimente angeordnet sind,dort werden die Strahlen dann vereint in eine einzelne Vakuumkammer und in Kollision gebracht.Diese Strahlen sind jetzt nicht kontinuierlich in der Maschine,die sind in Pakete zusammengefasst, die nennen wir Bunches.Particle-Proton-Bunches und im LHC haben diese Pakete 25 Nanosekunden Abstand.Also alle 25 Nanosekunden haben wir so ein Paket und insgesamt können wir so2800 dieser Pakete in der Maschine Speichern.Und in Kollision bringen.
Tim Pritlove
Speichern heißt im Ring behalten.
Alexander Huschauer
Im Ring behalten, weil das ist auch diese 1,2 Sekunden, über die wir gesprochenhaben, diese Basic Period, die trifft nicht wirklich auf den LHC zu.Der LHC ist einerseits eine Kollisionsmaschine, die eben Teilchen kollidierenlässt, aber andererseits auch ein sogenannter Speicherring, der die Protonenstrahlenüber Stunden speichern kann.Sprich die ganze Injektorenkette, die die sendet Strahl zum LHC,die füllt den LHC mit der Anzahl an Teilchen, Anzahl an Protonenpakete, die der LHC benötigt.Sobald dieses Füllen abgeschlossen ist, beginnt der LHC die Energie zu erhöhenvon den 450 GeV Injektionsenergie hoch auf diese 7 Teraelektronenvolt.Und danach beginnt man so eine Phase, in der verschiedene Maschinenparameterangepasst werden, um möglichst effizient nachher in Kollision gehen zu können.Und dann erst beginnt man Physik und das nennen wir dann Stable Beams,wenn die Strahlen eben stabil kollidieren und das kann mehrere Stunden dauern.Also der Rekord, dass die Strahlen im LHC gehalten wurden,sind um die 56 Stunden und so ein typischer Fill,also typische Dauer dieser Stable Beams ist so 8 bis 12 Stunden,in denen Kollisionen stattfinden, in denen die Direktoren dann die Kollisionsproduktemessen und langsam stetig nimmt dann die Teilchenanzahl in der Maschine ab,bis irgendwann nicht mehr genügend Teilchen vorhanden sind und dann wird dieMaschine eben neu gefüllt.
Tim Pritlove
Das heißt man, ich hab mir das glaube ich am Anfang so ein bisschen vorgestellt,für jede Kollision pumpt man einmal da so einen Strahl rein und dann ballertder anderthalb Sekunden später halt irgendwo drauf und das war's.Und wenn man wieder weitermachen will holt man sich halt einfach das nächste aus der Quelle.
Alexander Huschauer
Das ist halt ineffizient weil diese Rampe um von 450 GeV auf 7 TeraelektronenVolt zu kommen im LHC schon mal eine halbe Stunde dauert.
Tim Pritlove
Aha, das wäre meine nächste Frage gewesen, wie lange das eigentlich dauert.Eine halbe Stunde bis man auf die maximale Geschwindigkeit kommt.
Alexander Huschauer
Genau, bis man auf die maximale Energie ist.
Tim Pritlove
Das heißt, wie viel davon wird in den einzelnen der vier Ringe drauf verwendet?
Alexander Huschauer
Dieses Füllen, das dauert ungefähr eine halbe Stunde.
Tim Pritlove
Oder sind die alle im Prinzip gleichzeitig im Betrieb, die Ringe?
Alexander Huschauer
Die sind alle immer gleichzeitig in Betrieb. Die Strahlen für den LAC werdendurch die komplette Kette durchgesendet, in den LAC injiziert.Aber wir können immer nur eine bestimmte Anzahl von Teilchenpaketen erzeugen in den Injektoren.Sprich, wir brauchen viele Injektionen in den LAC von einer bestimmten Anzahl an Teilchenpaketen.Jetzt sagt man zum Beispiel, wir injizieren 144 Pakete von dem SPS in den LAC.Wir wollen im Endeffekt 2800 haben.Dementsprechend muss man diese Injektionen und diesen Prozess immer und immerwieder wiederholen, bis der LHC schlussendlich voll ist und erst wenn der LHCkomplett gefüllt ist, dann beginnt der LHC sein Energiereinschub.
Tim Pritlove
Also der wird sozusagen so richtig Druck betankt und so voll gemacht wie es irgendwie geht.Und was ist die Grenze dafür, wieviel Teilchen der aufnehmen kann und von wasfür einer Menge an Masse reden wir da?
Alexander Huschauer
Also so ein Protonen-Bunch, der hat 10 hoch 11 Teilchen.Also sind wir so bei 100 Milliarden Teilchen in einem solchen Bunch und dannhat man 2000 die da drinnen zirkulieren.Ist nicht viel. Ist nicht viel.
Tim Pritlove
Also nicht dass da jetzt Kilogramm Material rumfliegt, sondern eigentlich eher sehr sehr wenig.
Alexander Huschauer
Aber energetisch ist es extrem viel. Also die Energie, die in so einem Strahlgespeichert ist, vor allem bei der höchsten Energie im LHC, bei 7 TeV,die ist schon wirklich enorm.Und einerseits hängt das natürlich ab von der Ladung der Protonen,einerseits von der Anzahl der Teilchen, von der Anzahl der Bunche.Und da kann man dann schon sagen, dass wir so 500 Megajoule an Energie in einemStrahl speichern, was dann auch gefährlich für die Maschine werden kann.500 Megajoule kann man so eine Tonne Kupfer schmelzen.Wir machen oft den Vergleich so ein Hochgeschwindigkeitszug bei über 200 Kilometerpro Stunde hat ungefähr die gleiche gespeicherte Energie.Also kann man sich schon vorstellen, wenn der einen Unfall baut, was damit passiert.
Tim Pritlove
Ein Güterzug.Obwohl es sich quasi unbeschleunigt nur um wenige Gramm handeln würde sozusagen.
Alexander Huschauer
Also die Masse ist nicht das Problem, es ist wirklich die Energie.
Tim Pritlove
Ja klar, die Masse entsteht ja dann durch die Energie, ist ja letztlich das gleiche.Und diese Speicherung, gerade mit dem Beispiel,das war auch mal, was weiß ich, über zwei Tage da drin,das heißt, wenn man es einmal so beschleunigt hat mit diesen supraleitendenMagneten, Muss man dann auch nicht so viel Energie wieder hinzuführen,um das am Laufen zu halten oder muss das im Prinzip die ganze Zeit angetrieben werden?
Alexander Huschauer
Die Energie, die man braucht, ist jene,um das Helium kühl zu halten und um diese ganze Kryo-Anlage im Betrieb zu halten.Aber dann genau, dann haben wir keine resistiven Verluste, keinen Widerstandin den Spulen. Da zirkulieren die 11.000, 12.000 Ampere durch die Maschine.
Tim Pritlove
Weil es ja Supraleitend ist, also Hauptsache es ist kühl, aber die Kühlmaschinen,die fressen natürlich auch nochmal.
Alexander Huschauer
Absolut. Trotzdem haben wir im LHC dann einen konstanten Verbrauch von 40 Megawatt.
Tim Pritlove
40 Megawatt konstanter Verbrauch, solange der Ring in Betrieb ist.Ganz genau. Und wie oft, also ist der immer in Betrieb?
Alexander Huschauer
Gerade heute haben wir im Prinzip, oder gestern, die Commissioning-Phase vom LRC abgeschlossen.Sprich, er ist jetzt wirklich in den Physikbetrieb übergegangen und beginntjetzt langsam mit der Intensität und der Anzahl der Protonenpakete nach oben zu gehen.Das ist immer so ein, der Anfang des Jahres muss man immer wieder checken,dass wirklich alle Systeme richtig funktionieren und dass man dann langsam dieIntensität, die in der Maschine gespeichert wird, nach oben dreht,bis man eben dort ankommt, wo wir dann so gegen Ende Juni bis Ende des Jahres laufen.Und dann gibt es diese Winterstops, Wintershutdowns,und die sind dieses Jahr zum Beispiel von Ende Oktober Bis dann nächstes JahrFebruar, März, wo die Maschinen dann graduell wieder ans Netz gebracht werden.Vor allem im Winter, wenn auch der Strom relativ teuer ist, wird gestoppt.
Tim Pritlove
Deswegen?
Alexander Huschauer
Auch deswegen, absolut.
Tim Pritlove
Aber nicht nur deswegen?
Alexander Huschauer
Naja, einerseits braucht man natürlich Wartungsarbeiten, die jedes Jahr durchgeführt werden müssen,aber gerade auch mit den aktuellen Strompreisen und mit eventuellen Engpässenin der Stromlieferung und so stoppen wir auch früher, als wir normalerweise getan hätten.Also zum Beispiel dieses Jahr wird ein Jahr früher gestoppt,eben auch aus Energieeffizienzgründen.Und während dieser ganzen Zeit verbraucht der LAC diese 40 Megawatt und erstdann wirklich im Winter, wenn er abgeschaltet wird, dann geht dieser Verbrauch nach unten.
Tim Pritlove
Verstehe. Also der Grund,dass es abgeschaltet wird ist, man muss sowieso warten und man macht es dannam besten im Winter, weil dann spart man auch noch am meisten Strom und dannhaben manche auch noch ein bisschen Pause und man macht ja lieber einen Urlaubim Winter. Okay, verstehe.Kommt das eine und das andere zusammen.Eigentlich wollen doch alle nur Skifahren gehen.
Alexander Huschauer
Gibt es hier eine gute Infrastruktur. Hab ich auch gehört.
Tim Pritlove
Jetzt hast du erwähnt, es gibt ja diverse Punkte,an denen man, also sozusagen immer am Ausgang der kleineren Synchrotrone,da gibt es sozusagen die Möglichkeit Experimente zu fahren.Im reinen Kollisionsmodus, also sozusagen die Teilchen die beschleunigt sinddie treffen dann auf irgendwas auf, dieses Prinzip mit zwei Strahlen treffenaufeinander, das ist sozusagen LHC spezifisch, das geht nur in dem großen Ring.Jetzt gibt es ja glaube ich noch so eine Sonderzone, wo so Experimente aller Art angesiedelt sind.
Alexander Huschauer
Die North Zone oder die East Zone. North ist am SPS,East ist am PS, wo dann verschiedene User,wie wir die nennen, von außen hineinkommen können und verschiedenste Tests machen können,also zum Beispiel Materialien einfach bestrahlen, um zu sehen,wie sich die unter der Einwirkung von Protonenstrahlen oder Ionenstrahlen verhalten.Oder wirklich auch Grundlagenforschung zu machen, um sich anzusehen,wie zerfallen verschiedene Produkte, was sind die Zerfallsprodukte.Also einerseits gerade zum Beispiel dunkle Materie,natürlich einerseits gibt es die Forschung dafür am LHC,aber es gibt auch sehr viel Forschung in diesen ganzen experimentellen Zonen,wo man halt, nachdem die Möglichkeit der Masse dieser Teilchen,die zuständig sein können für die dunkle Materie, einen enormen Energiebereichspannen können, man nicht genau weiß, wo, in welchem Energiebereich sich diebefinden, sucht man im LHC danach, sucht man aber auch bei anderen Energien danach einfach.Und dafür sind diese verschiedenen Beschleuniger mit ihren unterschiedlichenEnergien wirklich bestens geeignet, wenn man verschiedene Experimente an verschiedenenBeschleunigern durchführen kann. Was jetzt das...Was der Unterschied ist zwischen diesen Kollisionsexperimenten und diesen Fixed-Target-Experimentenist, dass die Energien, die erreicht werden können, wesentlich geringer sind bei Fixed-Target.Man schießt den umlaufenden Strahl auf einen ruhenden Block.Da ist im Prinzip die Energie, die man erzeugt proportional zur Wurzel aus derEnergie der einfallenden Teilchen,während bei den zwei umlaufenden Strahlen einfach die doppelte Energie,die Energie jedes Strahles zählt und somit haben wir diese Kollisionen bei 7 TeV.Das führt zu einer Schwerpunktenergie von 14 TeV in beiden Strahlen und manhat halt viel mehr Energie zur Verfügung, die man in Materie umwandeln kann,als bei diesen Fixed-Target-Experimenten.
Tim Pritlove
Ok, Grundlagenforschung ist klar, das ist immer interessant und das steht jahier auch im Fokus. Aber es gibt auch andere Forschungen. Was ist das?Also Materialforschung, dass man in dem Bereich so einen Strahlenbeschleuniger auch benutzen kann?
Alexander Huschauer
Also wir haben zum Beispiel, wenn ich als Beispiel hernehme,die East Area am PS, dann gibt es dort eine sogenannte Test Facility und diewird auch dafür verwendet, dass all die großen LHC-Experimente, ATLAS, CMS, LS etc.Ihre Detektoren testen können und sehen, wie sich die Materialien,wie sich die Siliziumdetektoren verhalten unter Strahleinfluss.Also in diesem Sinne auf jeden Fall auch Materialtests für zukünftige Entwicklungender verschiedenen Bestandteile der Kette im Prinzip.Dann gibt es auch eine Facility, die nennt sich Heiratmat, wo wir mit hohenEnergien auf Materialien, auf verschiedensten Materialien die Strahlen schießen.Um dann eben einfach zu sehen, wie gut, wie, wie soll ich sagen,wie widerstandsfähig sind verschiedenste Materialien.Was für Schäden kann der Strahl erzeugen, abhängig von der Strahlgröße,von der Strahlintensität, von der Strahlenergie.Wenn wir verschiedenste Elemente im Beschleuniger einbauen, möchte man oft malneue Materialien ausprobieren und sehen, ob die vielleicht ein bisschen bessergeeignet sind für den jeweiligen Anwendungszweck. Das muss man vorher testen.Und dafür gibt es dann so eine Facility zum Beispiel. Dann gibt's...Unsere Antimaterie-Produktion mit dem Antiprotonen-Decelerator,ein Endschleuniger, der dazu führt, dass Teilchen langsamer werden.Also wie das dort funktioniert ist, man schießt wiederum Protonen auf einenMetallblock und filtert dahinter die Antiprotonen heraus.Das heißt, alle anderen Teilchen werden im Prinzip abgelenkt und weggeworfen,wenn man so möchte. Man filtert nur die Antiprotonen heraus.Die werden dann von einer speziellen weiteren Maschine, auch ein Synchrotron,das halt nicht Teil der Hauptkette ist, aber genauso ein Synchrotron ist,die werden von dort dann entschleunigt, zu einem weiteren kleinen Synchrotron geschickt vom AD,diesem Decelerator, zu Eleanor, der eine sehr geringe Energie am Ende hat unddort kommen wir zu antiprotonen Energien von nur 100 Kiloelektronenvolt.Also da sind wir dann quasi wieder von den Energien vergleichbar zum Beginnder Kette, wo wir die Protonen erzeugt haben.
Tim Pritlove
Gerade mal in der Source.
Alexander Huschauer
Genau, aber man braucht eben hohe Energien zu formen,die Antiprotonen zu erzeugen und dann möchte man sie aber extrem abbremsen,um sie einerseits untersuchen zu können und Vergleiche machen zu können zwischenAntiprotonen und Protonen.Andererseits aber auch einfach um Antivasserstoff zu erzeugen.Das heißt, man bringt diese Antiprotonen in Kontakt mit den Antiteilchen vom Elektron,dem Positron, und versucht daraus ein Antivasserstoffatom zu erzeugen und untersuchtdann die Eigenschaften dieses Antivasserstoffs und vergleicht sie mit Wasserstoff.Zum Beispiel die Energieniveaus, die so ein Antiwasserstoffatom mit sich bringt.Wie verhält es sich in der Schwerkraft, falls nach oben oder falls nach unten?
Tim Pritlove
Verhalten die sich denn sonst ähnlich wie ihre Äquivalente?
Alexander Huschauer
Ja, ja, ja.
Tim Pritlove
Ich weiß ja nicht, ich habe nicht so viel mit Antimaterie zu tun.Ist die jetzt hier gerade im Raum? Kann schon sein, ja?
Alexander Huschauer
Naja, das ist halt so eine der großen Fragen der Physik. Woher kommt diesesUngleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie?Ursprünglich, direkt nach dem Urknall geht man davon aus, dass ja beide irgendwiezu gleichen Teilen bestanden haben müssen, aber die Materie hat dann gewonnen.Wenn die beide wirklich identisch gewesen wären, dann löscht sich Materie undAntimaterie einfach aus. Dann gäbe es vielleicht gar nichts.Genau, aber wir sind immer noch da.Also da gab es dann irgendeinen Mechanismus, der dann dazu geführt hat,dass doch die Materie gewonnen hat.Und das möchte man auch untersuchen mit diesen Antimaterien.
Tim Pritlove
Das heißt die andere Antimaterie, die übrig geblieben ist, die ist vielleichtschon längst egalisiert, also das ist alles weg, aber man kann es sozusagenkurzfristig wiederherstellen?
Alexander Huschauer
Man kann sie erzeugen wieder genau.
Tim Pritlove
Okay, verstehe. Jetzt geht ja nicht immer alles nach Plan.Also wir hatten ja schon diesen kleinen Unfall, sowas erregt natürlich immerviel Aufmerksamkeit, gerade wenn es neu ist, aber was treten denn hier für Probleme auf?Also was geht denn auch mal schief oder was ist sozusagen das,worauf auch die ganze Zeit geachtet werden muss?Also Surveillance, Wartung und Reparaturen, was geht kaputt? Die Kühlung? Alles?
Alexander Huschauer
Viel.
Tim Pritlove
Das ist permanent auch.
Alexander Huschauer
Ja, auch permanent. Es ist halt doch ein riesiger Komplex mit verschiedenstenTechnologien, die im Einsatz sind. Mit verschiedensten Elementen.Magneten, Stromversorgungen, Kühlsysteme, Vakuumsysteme, Hochfrequenzsystemeund überall dort kann was kaputt gehen.Das kann einfach ein Kondensator sein in einer der Stromversorgungen,dass einer der Magnete dann einfach nicht mehr den Strom bekommt,den er eigentlich braucht, um die Strahlen auf der Bahn halten zu können.Dafür gibt es dann am CERN die Equipment-Experten.Also für jeden Bereich gibt es im Prinzip die Experten.Und wir in der Operations Group sind dafür zuständig. Wir haben Leute,die 24-7 auf Schicht sind, um diese Beschleuniger zu betreiben und eben auchdie Leistungsfähigkeit der Maschine nachzuverfolgen.Und immer wenn ein Problem auftritt, entweder selbst lösen zu können oder haltauch zu identifizieren, welche Leute muss ich kontaktieren, um jetzt diese eineStromversorgung zum Beispiel zu reparieren.Manchmal kann es sein, dass an einer Stelle zum Beispiel ein Problem mit dem Vakuum auftritt.Dann kontaktiert man den Vakuum-Experten, der sich das dann genau ansieht unduns sagt, okay, ist normal, erwarten wir, oder da haben wir vielleicht ein Lack,sollten wir uns mal anschauen. dann müssen wir mal in die Maschine hinein unddas vielleicht patchen.Dann, was wir gerade gestern wieder hatten, ein kritischer Punkt ist immer,Strahl von einer Maschine in die andere Maschine rüber zu schicken,weil man hat eben diese Kicker und man muss diese Kicker richtig timen,dass der Kicker in der einen Maschine den Strahl extrahiert,aber gleichzeitig gibt es in der anderen Maschine Kicker, die den Strahl injizieren.Also Extraktionskicker, Injektionskicker, die müssen aber mehr oder wenigergleichzeitig feuern, nur durch die Time of Flight, die die Teilchen halt brauchen,von einer Maschine zur nächsten und die halt synchronisiert.Und dafür gibt es einen ganzen Synchronisierungsmechanismus zwischen den Maschinen,wo die eine Maschine Informationen zur anderen Maschine sendet und wenn da malein Stück Hardware kaputt geht, dann kannst du auf einmal keine Strahlen mehr injizieren.
Tim Pritlove
Krass die spielen so Tennis miteinander, im Prinzip die Maschinen und wieviel Sensoren?Hat man dann so im Blick, also ich könnte mir vorstellen, dass es alles vollist mit Sensoren aller Art und dann hat man so einen Control Room,so einen War Room, wo 30.000 Bildschirme hängen.
Alexander Huschauer
Ja ganz so viele sind es nicht, aber wir haben schon, auf jeden Fall wir habendas CERN Control Center, den CCC, wo der Großteil aller Bioschleuniger kontrolliert wird.Und da haben wir unsere Vistas, die Bildschirme an der Wand hängen,die uns zu jeder Zeit Statusinformationen geben über die Beschleuniger selbst.Was ist die Intensität im Beschleuniger? Was ist das Magnetfeld im Beschleuniger?Welche Art von magnetischem Zyklus wird gerade gespielt? Wohin sollen dieseTeilchen geschickt werden?Habe ich Verluste, weil es kann auch sein, wenn eines dieser Elemente dann nichtfunktioniert im Beschleuniger, dann werde ich es in erster Linie dadurch sehen,dass ich irgendwo Strahlverluste habe.Das kann soweit führen, dass ich einen Alarm bekomme, weil an einer bestimmtenStelle der ganze Strahl zentriert einfach aus der Maschine rausgeschossen wurde,wo aber jetzt nicht die Transferlinie unbedingt ist.Dann kriege ich dort einen Alarm über unseren Radiation Monitor und dann mussich verstehen, welches Element nicht funktioniert und dazu geführt hat,dass wir den Strahl dort eben verloren haben.In größeren Maschinen ist das dann wirklich problematisch, weil dort eben diegespeicherte Energie im Strahl so hoch ist, dass, wenn das passiert,die Maschine beschädigt werden kann.Dementsprechend braucht man da schon spezielle Maschinenschutzkonzepte,die frühzeitig erkennen, ob irgendein Equipment fehlerhaft ist.In den kleineren Maschinen bis zum PS ist das jetzt nicht so problematisch,ab dem SPS wird das dann eben problematisch.In den kleineren Maschinen kriegt man halt einen Alarm und muss dann ein bisschenwarten, bis dieses Strahlungsniveau im Prinzip runtergegangen ist.Und dann nehmen wir den Betrieb wieder auf.Und oftmals kommt es auch vor, dass man dann direkt in die Maschine hineingehenmuss, weil Sachen, die kaputt gegangen sind, wirklich im Ring selbst nur zu reparieren sind.Und das können zum Beispiel Verstärker sein für diese Hochfrequenz-Kavitäten.Die haben oft Verstärker, die sehr nahe am Beam gebaut sind,damit die ganzen Kabellängen und dergleichen wesentlich ziemlich kurz sind.Und da muss man dann, da haben wir eine eigene Strahlenschutzgruppe,die kontaktiert man dann,die sagen, okay ihr habt so und so viel Stahl produziert in den letzten so und so viele Stunden,das heißt jetzt müssen wir dort 15 Minuten, 30 Minuten, eine Stunde warten,bis wir überhaupt hineingehen können in die Maschine, damit die Leute,die dort dann arbeiten, auch einfach nur eine minimale radioaktive Strahlendosis abbekommen.
Tim Pritlove
Das ist nett, ja. Gab's denn auch mal so einen Fehler, wo ihr irgendwie nurblöd geguckt habt und überhaupt nicht wusstet, was jetzt los ist?
Alexander Huschauer
So beginnt jeder Fehler.
Tim Pritlove
Die Frage ist, wie lange hält der Zustand an?
Alexander Huschauer
Ja das kommt wirklich auf den Fehler drauf an. Gestern früh hatten wir da einenFehler, der eben die Synchronisation zwischen Booster und PS betroffen hat undda haben wir so 3-4 Stunden mal herumgesucht, welches dieser Hardware-Moduledenn kaputt gegangen ist.Dann machst du ein Reboot von diesem Ding, dann funktionieren aber ein paarder Parameter sind nicht richtig abgespeichert worden im Memory,du musst sie neu setzen und es kann schon sein, dass das ein paar Stunden mal dauert.Auch manchmal ist es halt nicht so offensichtlich welches Element jetzt der Schuldige ist.
Tim Pritlove
Das wollte ich nämlich gerade sagen. Wenn man weiß wo das Problem ist,ist man ja schon mal relativ weit.
Alexander Huschauer
Richtig, richtig. Oftmals weiß man nicht und dann versucht man halt auszuschließen,was kann es nicht sein, bis man dann hinkommt und das eingrenzt.Und natürlich was uns oft Hilfe gibt, ist der Strahl selbst.Also wenn man den Strahl in die Maschine injizieren kann, aber dann zum Beispielin der Maschine nicht behalten kann, dann kann man den Strahl immer noch selbstmessen. Und man kann sich die Position des Strahls anschauen,man kann sich die Größe des Strahls anschauen, man kann sich die Energie des Strahls anschauen.Und das gibt dann oft auch einen Hinweis darauf, was schief geht.Ist er zum Beispiel zu groß der Strahl, dann funktioniert irgendeiner von diesenQuadrupolen nicht, dann funktioniert die Fokussierung nicht richtig.Ist er viel zu lang der Strahl, ist er nicht mehr ein Paket,sondern ist er so ein kontinuierlicher Strahl, dann sagen wir,dass der Strahl debunched ist, ist eben kein Bunch mehr.Dann funktioniert das mit den RF-Systemen nicht. Also so kann man sich mit demStrahl schon immer die Informationen holen, die man braucht,um zumindest einzugrenzen, wo man sucht, ja.
Tim Pritlove
Ich kenne das aus manchen Bereichen, wo in zunehmendem Maße so eine Maschinenüberwachungauch mit Machine Learning schon gemacht wird,dass man im Prinzip die Sensorik einfach die ganze Zeit irgendwie erlernt undwenn man einen Fehler hat,dann sagt man so, hier ist mal was kaputt gegangen, dass man quasi schon sichso langsam so ein System aufbaut, was so Frühwarnfähigkeiten hat,also quasi das Versagen von Sensoriken oder so gewisser Insicht vorher sagt.
Alexander Huschauer
Das ist das Stichwort preventive maintenance, also Wartung vorhersehen im Prinzip,bevor sie notwendig wird und Teile austauschen.Also wir haben Unmengen von Daten, die wir laufend abspeichern,natürlich einerseits der Experimente, aber auch wir auf der Beschleunigerseite.Wir haben wirklich ein System, das all diese Daten kontinuierlich lockt unddas einerseits über die Strahlqualität, aber andererseits auch über die Equipmentqualität.Und diese Datenmenge, die können wir dann eben verwenden, um Modelle zu trainierenund dann Vorhersagen zu machen.Man steckt noch ein bisschen in den Kinderschuhen für jetzt gerade diese Wartungsvorhersagen,aber wo wir viel Machine Learning oder Optimierung einfach verwenden,ist, um die Leistungsfähigkeit des Strahls zu verbessern.Es gibt Temperaturvariationen, im LHC gibt es zum Beispiel auch Einfluss der Gezeiten.Das sieht man auch, die Maschine ist relativ sensibel darauf, wie der Mond steht.Also die Parameter des Strahls können sich laufend ändern.Da kann natürlich der Operator, der die Maschine betreibt, intervenieren undverschiedene Parameter anpassen.Das passiert dann alle x Minuten, Stunden oder dergleichen, je nachdem,wie es erforderlich ist.Oder wir verwenden Optimierungsalgorithmen, die kontinuierlich die Strahlparameterüberwachen Und immer dann, wenn so ein Drift gemerkt wird, nachkorrigieren.Das hilft uns auch in vielen Teilen, die Leistungsfähigkeit unserer Strahleneinfach immer auf optimalem Niveau zu halten, sage ich mal.
Tim Pritlove
Das ist auf jeden Fall alles ein Moving Target. Es ist nicht einfach so eine Maschine,die man mal einschalten, dann läuft sie halt, sondern man muss eigentlich dieganze Zeit drauf schauen,man muss die ganze Zeit optimieren, gucken, dass nichts kaputt geht oder sichnicht zu schnell verschleißt und um sozusagen dann auch diesen Flow der Detektion,der letzten Endes das Ziel der ganzen Operation ist, nicht abreißen zu lassen.Trotzdem muss ja dann der Apparat ab und zu mal, also nicht nur gewartet werden,sondern es gab ja auch diese längeren Auszeiten, ich glaub das waren jetzt zwei große.
Alexander Huschauer
2019, 20, da war der letzte große Stopp, Long Shutdown 2.Davor gab es schon mal 2013, 14, gab es Long Shutdown 1 und jetzt für 26,27, 28 ist dann Long Shutdown 3 geplant.In den vergangenen zwei Jahren hat man sich darum gekümmert,dass die LHC-Injektoren bessere Leistungsfähigkeit haben,um sie vorzubereiten auf das Upgrade des LHC selbst, was 2026-2028 stattfindenwird, mit dem Ziel, dass wir mehr Kollisionen erzeugen können.Ein wesentlicher Parameter im LHC ist die Luminosität.Die sagt uns, wie viele Kollisionen pro Sekunde und pro Fläche können wir erzeugen.Das heißt, umso höher die Luminosität, umso höher die Anzahl der Kollisionen,die wir den Experimenten zur Verfügung stellen können.Und die Luminosität wird umso höher, je mehr Teilchen wir haben,haben oder je kleiner die Fläche unserer Teilchenpakete ist.Deswegen hat dieser vergangene Shutdown in den Injektoren dazu gedient,diese Strahlparameter zu verbessern, sprich mehr Teilchen in kleinere Strahldimensionenhineinpacken zu können.Wir haben im Prinzip für die LHC-Strahlen die Anzahl der Teilchen verdoppeltund die Fläche halbiert.Und somit können wir dann wesentlich höhere Luminosität zur Verfügung stellenfür die verschiedenen LHC-Experimente.Das war im Prinzip ein Upgrade-Programm, das rein ausgelegt war auf die Anforderungendes zukünftigen LHC, also High-Luminosity-LHC heißt dann das Upgrade vom LHC in den nächsten Jahren.Aber gleichzeitig ist das dann auch von Vorteil für alle anderen Experimente,die am CERN stattfinden, weil genauso diese verbesserte Strahlqualität auch denen zugutekommt.
Tim Pritlove
Also so kann man dann noch mehr rausholen aus dem LHC und dann wird ja,wie lange ist die Pause? In so einem Jahr?
Alexander Huschauer
Drei Jahre für den LHC.
Tim Pritlove
Drei Jahre?
Alexander Huschauer
Ja, wirklich große Umbauarbeiten sind da geplant. Da werden Teile der Magneteausgetauscht, da werden neueSysteme eingebaut, um diese Kollisionen eben noch effizienter zu machen.Und da braucht man dann doch einiges an Zeit, auch viel Arbeit passiert jetzt schon.Also alles was Infrastruktur betrifft, alles was neue Gebäude,neue Tunnelbereiche und so gibt, das wurde sogar schon alles fertiggestellt.Aber jetzt natürlich, jetzt holen wir noch so viel wie möglich raus aus derMaschine und warten auch noch bis die ganzen Bauteile dann wirklich zur Verfügungstehen, um dieses Upgrade machen zu können.Und dann wird die Maschine für drei Jahre abgeschaltet und abgegradet.
Tim Pritlove
Das ist schon echt speziell, dass man so eine unglaublich lange Auszeit hat.Für die Wissenschaftler stimmt das auch nicht so toll. Wobei so viele Datenwie hier anfallen, gibt es wahrscheinlich auch zwischendurch noch genug zu entdecken und auszuwerten.Also da wird einem nicht langweilig unbedingt.
Alexander Huschauer
Und es gibt auch noch die Injektoren. Also der LAC selbst wird drei Jahre stoppen,aber die Injektoren werden so ein, eineinhalb Jahre stoppen.Das heißt die ganze Physik in den anderen experimentellen Zonen,die beginnt vorher schon wieder.
Tim Pritlove
Also in dem Booster, in dem SPS, das läuft alles weiter, es ist nur der LAC.
Alexander Huschauer
Es ist ein kürzerer Stopp eben in diesem Maschinen.
Tim Pritlove
Okay gut, aber dann nach einem anderthalb Jahr kann man da zumindest schon malwieder arbeiten, aber der LHC der muss dann halt noch richtig hübsch gestrichenwerden sozusagen, bis alles hübsch ist.Okay, das heißt das ist dann sozusagen jetzt auch so der Ausblick für die zumindestabsehbare Zukunft, was jetzt auch schon ganz klar ist, dass das auf jeden Fall stattfinden wird.
Alexander Huschauer
Absolut.Dieses High-Luminosity-LHC-Projekt, das ist die Priorität für das CERN im Moment,dieses Upgrade durchzuführen.Da ist alles unterwegs, um diese neuen Elemente gerade zu konstruieren und einzubauen.Und das soll eben die LHC-Kette bis zum Jahr 2040 so in Betrieb halten,soll dann natürlich nach dem Upgrade wesentlich höhere Statistik den Experimentenzur Verfügung stellen, damit man schneller zu Entdeckungen kommen kann.Ungefähr ein Faktor 10 wird sich diese Luminosität erhöhen nach diesem Upgrade von dem LHC.Und das ist halt jener Schritt jetzt, um den LRC wirklich komplett auszunützen,bis ans Ende seiner Lebensdauer sozusagen.Und dann muss man halt schon darüber hinaus schauen und muss mal anfangen.Also der LRC ist 2008 in Betrieb gegangen. Die ersten Diskussionen und Vorschlägefür so eine Maschine sind 1984 gemacht worden.Also da ist wirklich eine lange Designphase, Entwicklung, Produktion,Installation und alles dahinter.Beim LHC ist es so, dass es damals schon in dem gleichen Tunnel,wo der LHC heute ist, eine Maschine gab, wo Elektronen und Positronen,also die Antiteilchen der Elektronen, beschleunigt und kollidiert wurden.Und da hat man im Prinzip einerseits die Elektronenspeicherringe oder Kolliderund andererseits die Protonenmaschinen.Mit Elektronen sagt man so, das sind Präzisionsmaschinen, weil die Elektronenkeine Substruktur haben.Das heißt, da treffen wirklich Elektronen auf Elektronen und man kann ganz genauphysikalische Prozesse damit untersuchen.Während diese Protonenmaschinen, Protonen, interne Struktur,Quarks, Gluonen, das heißt, da treffen keine Teilchen, keine einzelnen Teilchen,sondern da trifft man so ein Gemisch von Teilchen aufeinander.Dadurch entstehen extrem viele verschiedene Produkte, viel Background,den man auch gar nicht haben möchte, aber auch extrem viel Potenzial für neue Physik.Und deswegen heißen diese Protonen-Maschinen dann Entdeckungsmaschinen,oft, weil man damit eben neue Physik entdecken kann. Jetzt haben wir das Higgs-Bosonentdecken können vor zehn Jahren mit dem LHC.Natürlich möchte man weitere Dinge entdecken, aber man möchte genauso die Higgs-Eigenschaftenganz genau verstehen können. Und dafür braucht es im Prinzip wiederum so einePräzisionsmaschine mit höheren Energien.Die Eigenschaften des Higgs-Bosons direkt messen kann.Und deswegen wäre dann der nächste Schritt nach diesem High-Luminosity-LHC,nennen wir dieses Studiegerad FCC,Future Circular Collider, und das wäre dann eine Maschine, so wie es jetzt geplantwird, von 91 Kilometer Länge, die eben genauso hier in die Region hineinpassen würde.Also das ist auch dann schon sehr sehr herausfordernd in mehrerer Hinsicht.Natürlich in Hinsicht von Magnetfeldern, die man braucht für diese Maschine,in der Hinsicht von allein, wie baue ich diesen Tunnel, wie stabil ist das ganzeGestein, wo ich diesen Tunnel hinbaue, wie hoch sind diese Zutrittspunkte.Teilweise ist die Maschine dann unter dem Berg, da muss ich schon mal einensehr, sehr langen Access-Tunnel graben.Was ist dann Sicherheitsaspekte, wenn da unten irgendetwas passiert,wie komme ich rauf, wenn der Aufzug nicht funktioniert, all diese Dinge müssen dann beachtet werden.Aber so ein FCC für Elektronen und Positronen, das wäre so im Prinzip der nächstelogische Schritt, was die Beschleunigerkette betrifft, um dann diese Higgs-Propertiesim größeren Detail untersuchen zu können.Und dann wird das auch so aufgezogen, dass man nach diesem FCC-II auch wiederumeinen Protonen-Protonen-Beschleuniger machen kann.In dem gleichen Tunnel, in diesem gleichen 91 Kilometer Tunnel,eben gleich wie es mit diesem LEP unddem LAC war, dass man die vorhandene Infrastruktur wieder verwenden kann.
Tim Pritlove
Gleichzeitig oder als potenzieller Nachfolger?
Alexander Huschauer
Als Nachfolger, genau.
Tim Pritlove
Warum lässt sich das nicht gleichzeitig machen?
Alexander Huschauer
Weil dann auch die Kette, die dahinter steht, komplett andere Anforderungenwieder hat. Wir müssen Elektronen, wir müssen Positronen zur Verfügung stellen.Es sind auch die Zeitspannen, um wirklich all die Technologien,die Magnetfelder und so einmal technologisch herstellen zu können für so einenweiteren Protonen-Protonen-Kollider.Das ist auch noch in weiterer Zukunft. Das heißt, Machbarkeit ist auch eineandere Sache, da muss noch viel Forschung und Entwicklung hineingehen,bis man technisch diese ganzen verschiedenen Bauteile einfach wirklich herstellen kann.Deswegen sind das auch nicht die gleichen Zeitspannen.
Tim Pritlove
Also 27 Kilometer ist ja schon eine ganze Menge Holz.Im Prinzip was du ja sagst, du bist halt so Ingenieur und deine Maschine ist 27 Kilometer lang.Das ist schon ein Autobahntunnel, der nur ein paar Kilometer lang ist,wirft schon größere Wartungsfragen und Kontrollfragen auf sich,aber allein den Arbeitsplatz mal abzugehen, mit dem Fahrrad ist man ja schonden ganzen Tag unterwegs.
Alexander Huschauer
Ja auf jeden Fall. Die Fahrräder gibt es im Tunnel damit man sich fortbewegen kann.
Tim Pritlove
Wie fährt man denn hin an so einen Ort des Geschehens? Ist halt irgendein Magnet am schwächeln.Steigt man hier in den Tunnel und fährt da 10 Kilometer hin, macht man nichts?
Alexander Huschauer
Man steigt hier ins Auto, fährt hin zu einem der Access Points.
Tim Pritlove
Und wie viel gibt es davon?
Alexander Huschauer
Am ELC gibt es so acht Access Points, die verteilt sind.Einerseits bei den verschiedenen Experimenten, aber dann für die Hochfrequenz-Kavitäten zum Beispiel,dann gibt es Kollimationssysteme, die dafür sorgen,dass die Teilchen, die bei hoher Amplitude,also hoher transversaler Position,hoher horizontaler oder vertikaler Position, dass die quasi geschluckt werdenvon diesem Kollimatorsystem,bevor sie von den Magneten geschluckt werden würden,weil wenn wir Teile im Magneten verlieren,kann es dazu führen, dass dieses flüssige Helium sich erwärmt oder dass dieSpule dieser Supraleiter nicht mehr supraleitend ist,weil er eine lokale Erwärmung hat, das ist dann ein so genannter Quench,dann geht dieser Magnet dann von einem supraleitenden in einen normalleitendenZustand über und das möchte man einfach vermeiden während des Betriebs,weil das dauert dann acht bis zwölf Stunden bis man wieder recoveren kann unddas ist natürlich Maschinenzeit, die dann verloren geht.Und deswegen möchte man, bevor man solche Teilchen in den Magneten verliert,möchte man sie lokalisiert in sogenannten Kollimatoren.Das sind im Prinzip Metallblöcke, die möglichst nah am Strahl positioniert sind,aber nicht zu nah, um den Hauptstrahl zu absorbieren,aber eben Teilchen, die dann aufgrund der Kollisionen wird der Strahle auchimmer größer und größer,dann kann es passieren, dass eben Strahlteilchen zu höherer Amplitude kommenund die werden dann von diesen Metall-Kollimatoren absorbiert,bevor sie den Magneten treffen würden.
Tim Pritlove
So ein Absicherungssystem. Aber bist du schon mal rumgefahren?
Alexander Huschauer
Rumgefahren noch nie.
Tim Pritlove
Ist auch ein bisschen langweilig.
Alexander Huschauer
Geht auch gar nicht, weil du hast dann diese Interaktionspunkte,da ist dann wirklich die Maschine, der Beschleuniger ist getrennt von dem Experiment,das dahinter in dieser großen Halle steht.Da könntest du jetzt auch nicht weiterfahren.
Tim Pritlove
Okay, es ist eh segmentiert.
Alexander Huschauer
Ja, es gibt verschiedene Sektoren, nennt man das im LHC zum Beispiel.
Tim Pritlove
Okay, da ist man auf jeden Fall ganz gut unterwegs. Aber es ist auf jeden Fallein Maschinenpark, der sich sehen lassen kann und es ist die größte Maschine der Welt, oder?
Alexander Huschauer
Absolut, es ist die größte Maschine der Welt, der LHC. Der Beschleunigerkomplexist der größte Beschleunigerkomplex der Welt.Also wir haben hier schon einiges an Potenzial zu bieten, das dann natürlichauch sehr ansprechend ist für verschiedenste Institute, Universitäten dergleichenaus aller Welt, die dann hierher kommen, um ihre Experimente durchzuführen.
Tim Pritlove
Vielleicht zum Schluss nochmal so ein Blick in den Rest der Welt.Das ist ja aber nicht das einzige Synchrotron.Es gibt ja auch Beschleunigerringe an anderen Standorten.Was sind denn so die nächstgrößten Systeme und gibt es irgendeinen der auchnochmal ein ganz anderes Prinzip verfolgt oder andere technologische Ausrichtungenhat in irgendeiner Form?
Alexander Huschauer
Also es gibt natürlich ein paar Laboratorien, die sich wirklich mit Grundlagenphysik beschäftigen.Aber die Teilchenbeschleunigung oder die Anwendung der Teilchenbeschleunigerin der Grundlagenphysik macht nurungefähr 4-5 Prozent der Anwendung der Teilchenbeschleuniger weltweit aus.Natürlich gibt es einige größere Maschinen. Es gab zum Beispiel das TevatronFermilab, die haben genauso Protonen-Antiprotonen-Kollisionen gemacht in der Nähe von Chicago.Es gibt das Brookhaven National Lab in der Nähe von New York.Dort gibt es den Relativistic Heavy Ion Collider.Es gibt dann eben einerseits diese RIG, der Gold beschleunigen kann,wie er auch die Bleionen beschleunigen kann und können, um dann so ein Quark-Gluon-Plasmaherzustellen, wie es zum Beispiel in dem Alice-Detektor vor allem untersucht wird.Also um so eine Suppe von Teilchen im Prinzip zu erzeugen, die.Wo jetzt keine Atomkerne mehr gebunden sind, wo alle Teilchen frei herum existierenund diesen Status knapp nach dem Urknall im Prinzip zu reproduzieren.Und das kann man am RIG untersuchen, das kann man am LAC untersuchen mit Blei.Dann gibt es Programme in China zum Beispiel, um auch größere Beschleunigerzu bauen, die existieren aber noch nicht. Das ist ein bisschen so vielleichtein Konkurrenzprogramm.Es gab früher, am CERN gab es auch der SPS, der war früher mal ein Protonen-Antiprotonen-Kollider.Der ist dann umgebaut worden, der hat begonnen als SPS, als Protonenmaschine,wurde dann umgebaut in eine Protonen-Antiprotonen-Maschine und später wiederzurückgebaut in eine reine Protonenmaschine.Und dann gibt es halt extrem viele Anwendungen in Medizin,in Industrie, von wesentlich kleineren Anlagen,die Energien sind dann nicht mehr vergleichbar, aber gerade in Krankenhäusern,wo man Radioisotope herstellt, um die dann für Bildgebung zu verwenden,Positronenemissionstomographie, wo man etwas injiziert bekommt in den Körper,das sich dann zum Beispiel an Tumorzellen anlagern kann, erzeugt dann Photonen,die gemessen werden von Detektoren.Diese Stoffe muss man irgendwo erzeugen, dann muss man sie in den Körper bringen.Und dann gibt es natürlich auch Strahlentherapie, kann passieren mit Elektronenund dann Gamma-Strahlen,die erzeugt werden, es gibt Protonen oder Kohlenstoff-Ionen-Zentren,die wirklich dazu dienen, dass jetzt Krebstumore behandelt werden.Und je nachdem, ob man jetzt Elektronen verwendet zum Beispiel,wenn man oberflächennahe Tumore hat, kann man relativ gut Elektronen verwenden,weil die einen Großteil ihrer Energie nahe der Oberfläche, nahe der Haut nachdem Eindringen in den Körper verlieren.Andererseits dann, wenn man einen Tumor hat, der an kritischen Stellen sitzt,jetzt zum Beispiel neben dem Herz, hinter dem Aug, im Gehirn irgendwo,dann möchte man nicht unbedingt den Großteil der Energie beim Eintritt in denKörper verlieren und dann weniger Energie am Schluss überhaben.Da verwendet man Protonen und Kohlenstoff zum Beispiel, weil man mit denen dezidierteinstellen kann, wo soll die Energie verloren werden und somit kann man wirklichso einen Tumor scannen aus verschiedensten Richtungen und diese Tumorzellendann mit so einem Synchrotron zerstören.Das heißt, das braucht dann aber für so Protonen- oder Kohlenstoffionentherapiebraucht es wirklich ein eigenes Beschleunigerzentrum mit eigenem LINAC,Quelle LINAC, Synchrotron, verschiedenste Behandlungsräume, Transferlinien,während so Elektronenbeschleuniger dann vielleicht so drei, vier,fünf Meter Platz brauchen und dann wesentlich besser in ein Krankenhaus hineinpassen zum Beispiel.Und dann gibt es das noch in der Industrie, dass man sterilisiert zum Beispiel,Bakterien abtötet, dass man biologische Experimente versucht,dass man in der Halbleiterindustrie die die Oberflächenbeschaffenheiten verändert,indem man Ionen mit Beschleunigern einbringt in verschiedene Elemente.Also es gibt wirklich eine riesige Bandbreite an Anwendungen von Beschleunigern,die über die Grundlagenforschung hinaus geht.
Tim Pritlove
Okay, also wenn man sich da ein bisschen auskennt, gibt es genug Betätigungsfelderauf jeden Fall. Aber am CERN scheint ja noch genug abzusehen zu sein,dass hier noch genug Ingenieursbedarf ist auf absehbare Zeit.Ja, Alexander, dann würde ich sagen, haben wir es erstmal oder haben wir nochirgendwas ganz Wichtiges vergessen, was du noch allen mit auf den Weg geben willst?
Alexander Huschauer
Naja, vielleicht so.Abschluss können wir noch ein bisschen die Verbindung zum Kosmos wiederum machenmit einem der Experimente, das wir auch hier haben, nämlich Cloud.Jenes Experiment, das untersucht, wie Wolken formiert werden,wie verschiedenste kleine Teilchen, wie Aerosole am Himmel,in den verschiedenen Atmosphären, Ebenen zu dieser Wolkenbildung beitragen undvor allem wie der Einfluss von kosmischen Strahlen auf diese Wolkenproduktion ist.Da haben wir eine sogenannte Cloud Chamber, das ist im Prinzip eine große Stainless-Steel-Chamber,die extrem gute Oberflächeneigenschaften aufweist.Innerhalb dieser Kammer werden dann verschiedene Gase eingelassen,verschiedene Aerosole zugefügt.
Tim Pritlove
Was heißt denn extrem gute Oberflächenbeschärfung? Also gut in welcher Hinsicht? Glatt?
Alexander Huschauer
Genau, damit sich dort eben an den Wänden keine Elemente anhaften können,sondern dass die wirklich in diesem Volumen der Kammer dann existieren und zuder Wolkenbildung beitragen.Und dann kann man einerseits untersuchen, wie so Aerosole in der Luft auch alsKeime für Wolken dienen dienen und wie die physikalischen Modelle,übereinstimmen mit diesen Experimenten und andererseits kann man dann von demPS einen Strahl von Protonen auf wiederum so ein Target schicken,Sekundärteilchen erzeugen, die dann durch diese Kammer hindurch gehen und sichanschauen, wie diese quasi nachgebildeten kosmischen Strahlen die Wolkenbildung beeinflussen.
Tim Pritlove
Tun sie denn?
Alexander Huschauer
Sie tun auf jeden Fall zu einer gewissen Art und Weise.Man kann nämlich solche durch Kollisionen, wenn diese Teilchen kollidieren mitden Molekülen, dann werden andere Teilchen erzeugt, andere Aerosole,die dann wiederum ein Keim sein können für weitere Wolkenbildung und so.Was die Frage ist jetzt natürlich auch im Hinblick auf Klimawandel,inwiefern sind diese Wolken ausschlaggebend für den Klimawandel,wie gut passen unsere Modelle, wie gut können wir das vorhersagen,weil das eine große Unsicherheit ist, um die Zukunft auch vorauszusagen.Und deswegen gibt dieses Experiment auf jeden Fall gute, sage ich mal,grundlegende Einblicke, wie die Physik dahinter funktioniert und wie wir unsereModelle verbessern können, umin Zukunft einfach immer besser und bessere Vorhersagen machen zu können.
Tim Pritlove
Wahnsinn, unglaublich praktisch so ein Beschleuniger. Ich finde,jeder sollte einen haben. Vielleicht gibt es ja demnächst auch im Supermarkt.Alexander, Vielen vielen Dank für die Ausführung, das war sehr aufschlussreich und spannend.
Alexander Huschauer
Dankeschön, hat mich gefreut beim Gespräch, danke dir.
Tim Pritlove
Ja und ich bedanke mich auch wieder fürs Zuhören hier bei Raumzeit.Bald geht es weiter hier im Programm mit dem CERN und noch so einiges auf euch zu. Tschüss, bis bald!

Shownotes

RZ111 CERN: Geschichte und Erfolge

Das CERN in Genf und die Grundlagenforschung für Teilchenphysik

1954 gegründet, war das CERN von Anfang an Friedens- und Forschungsprojekt in einem. Der aufsteigenden Bedeutung der Kernforschung trug dieser neue Standort in Genf Rechnung und versammelte Wissenschaftler aus Europa und aller Welt, um zu erforschen, was die Welt im innersten zusammenhält. In seiner über 70-jährigen Geschichte konnte das CERN nicht nur grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse liefern sondern machte auch durch nebenläufige Durchbrüche wie die Erfindung des World Wide Webs von sich reden. Als 2012 durch die Experimente am CERN auch noch das lang gesuchte Higgsfeld bestätigt und damit der letzte gesuchte Baustein des Standardmodells der Teilchenphysik gefunden wurde, hatte das CERN die Aufmerksamkeit der ganzen Welt und steht seitdem wie kein anderer Standort für die Bedeutung der Grundlagenforschung in der Wissenschaft.

Dauer:
Aufnahme:

Manfred Krammer ist Leiter des Experimental Physics Department am CERN, das die Schnittstelle zu allen wichtigen Gruppen innerhalb des CERN darstellt. Wir sprechen über die Geschichte des CERN und die Anfänge der Grundlagenforschung in der Teilchenphysik, über die ersten Meilensteine des CERN und die Besonderheit der Entdeckung des Higgsfelds.


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 zur 111.Aufnahme von Raumzeit und ja, ich reise ja immer gerne im Rahmen dieses Podcastsund hab schon den ein oder anderen Standort in Europa abgeklappert.Eins fehlte mir auf jeden Fall noch und das war ein Standort in Genf.Konkret befinde ich mich jetzt hier am Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire.So wie es eigentlich offiziell nicht mehr heißt, aber mal hieß und die Abkürzungnach wie vor beibehalten hat, nämlich das CERN.Also hier der Standort für Kernforschung und Europa, finde ich,wird der Sache gar nicht so richtig gerecht.Eigentlich ist es der internationale Standort für Kernforschung.Was es genau ist und welche Bedeutung das hat, warum es das gibt,das erzählt uns heute mein Gesprächspartner für heute, nämlich Manfred Krammer.Hallo, herzlich willkommen bei Raumzeit.
Manfred Krammer
Ja, hallo. Ich freue mich auch, dass ich heute dabei sein kann.Mein Name ist Manfred Gramer. Ich komme, wie man vielleicht aus meinem Dialekt hört, aus Wien.
Tim Pritlove
Hört man. Genau. Und Sie sind Head of Experimental Physics Department. Schon länger?
Manfred Krammer
Seit 2016, also etwas mehr als sieben Jahre, leite ich hier die experimentelle Abteilung.
Tim Pritlove
Die sich um was genau kümmert? Also ich meine hier gibt es ja viele Leute,die hier arbeiten. Ich weiß gar nicht wie viele Leute hier arbeiten mittlerweile beim CERN.
Manfred Krammer
Ja gar nicht so viele. Vom CERN direkt bezahlt ungefähr 3500.Aber zwischen 12.000 und 13.000,Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der ganzen Welt betreiben hier ihre Forschung.
Tim Pritlove
Sozusagen als Gast?
Manfred Krammer
Wissenschaftler bezahlt von ihren Heimatinstituten, aber sie sind manche ihrganzes Leben, ihr ganzes Forschungsleben hier an Zern, andere kommen vielleichtnur ein, zwei Wochen pro Jahr für Meetings.
Tim Pritlove
Das Experimental Physics Department kümmert sich konkret wo drum?
Manfred Krammer
Wir kümmern uns um die Infrastruktur. Wir helfen diesen Gastwissenschaftlernhier ihre Experimente durchzuführen.Das heißt, wir betreuen die Experimente, alle Experimente an Zern und meineAbteilung ist natürlich an einigen, hauptsächlich natürlich an den großen Expertendirekt auch als Institut beteiligt.
Tim Pritlove
Und das heißt Sie sind so ein bisschen auch die Schnittstelle zu diesen anderenWissenschaftlern sozusagen, vom internen Team nach außen.
Manfred Krammer
Wir sind die Schnittstelle zu den internationalen Teams, wir sind aber auchauf der anderen Seite die Schnittstelle zu den sehr internen Abteilungen.Zur Maschine, zum Legal Service, zu den Human Resources, also wir sind sozusagendie Schnittstelle für die User und die Experimente.
Tim Pritlove
Alright, dann schauen wir doch vielleicht nochmal kurz auf Ihre persönlicheGeschichte. Wann hat es denn angefangen mit der Wissenschaft bei Ihnen?
Manfred Krammer
Ja, ich habe in Österreich auf der Technischen Universität Technische Physikstudiert und bin relativ früh mit dem CERN in Berührung gekommen.Ein Professor von mir hat mich für ein Praktikum empfohlen, aus dem dann eineDiplomarbeit geworden ist.Das war Anfang oder Mitte der 80er Jahre.Nach kurzem Aufenthalt zurück inWien bin ich dann für meine Dissertation ebenfalls an den CERN gekommen.Ja und damit war es um mich geschehen. Ich war sozusagen ein CERNOA und habedann den Rest meines Forschungslebens nicht direkt am CERN verbracht,sondern bei einem Institut in Österreich, Institut für Hochenergiephysik,Aber ich habe immer für Experimente am CERN gearbeitet.Bin also sozusagen immer hin und her gebändelt, bis ich dann 2016 eingeladenwurde, die Leitung des Physikdepartements zu übernehmen.
Tim Pritlove
Schon eine große Ehre, oder?
Manfred Krammer
Ist eine große Ehre und eine sehr, sehr interessante, abwechslungsreiche Aufgabe.
Tim Pritlove
Kann ich mir vorstellen. Heute wollen wir ja so ein bisschen mal in Geschichteund Wesen der Organisation einsteigen und ich kann auch gleich verraten,das wird hier nicht die letzte Sendung sein, die ich vom CERN sende oder hier aufnehme,sondern es wird eine ganze Reihe von Gesprächen geben, die hier ins Detail gehen,insbesondere was die einzelnen Instrumente betrifft und wir wollen das haltdann entsprechend noch vertiefen.Das ist also jetzt in gewisser Hinsicht nur der Auftakt.Und ja, jetzt müssen wir mal so ein bisschen in die Geschichte auch der Wissenschaft zurückrudern,weil Kernforschung, klar, das war dann halt irgendwann mal ein Thema,aber gab ja auch mal eine Zeit, da wusste man noch gar nicht,dass es sowas gibt wie ein Kern.Also konkret geht es ja hier um den Atomkern, die Atomkernforschung und dasist ja sagen wir mal in dem Bereich auch wirklich der Ort für Grundlagenforschung.Also sehr viel mehr Grundlagenforschung glaube ich als hier geht nicht.Und wer sich vielleicht auch gewundert hat, warum ich das Thema überhaupt hierin einen Podcast reinwerfe, der eigentlich ganz klar mit Raumfahrt angefangen hat.Für mich ist so ein bisschen Zern Raumfahrt auf dem Boden, so wie Raumfahrtja auch oft so ein bisschen Zern in Space ist. Also nicht alles ist deckungsgleich,aber sehr viel der Erkenntnislage wird ja im Weltall gewonnen.Aber vieles wird eben auch teilweise hier gewonnen und letzten Endes arbeitenbeide Bereiche ja extrem an der Erforschung der Grundlagen.Aber wann entstand denn überhaupt in der Wissenschaft die Notwendigkeit dieseArt von Forschung vorzunehmen?
Manfred Krammer
Ja, vielleicht sollte man, wenn man über die Geschichte des CERN spricht,auch die Motivation für die Gründung des CERN erwähnen.CERN wurde 1954 gegründet, also nächstes Jahr feiern wir 70 Jahre.Und eine der Hauptmotivationen für die Gründung war, den CERN als eine Art Integrationsprojektfür westeuropäische Wissenschaftler zu gründen, kurz nach dem furchtbaren Zweiten Weltkrieg.Da sah man darin eine Notwendigkeit. Der CERN war sozusagen eines der erstenIntegrationsprojekte in Europa.Und als Forschungszweig hatte man, wie Sie schon erwähnt haben,Kernphysik ausgewählt.Und das war damals die Zeit, als man begonnen hat, kernphysikalische Untersuchungenmit Beschleunigern durchzuführen.Und daher wurde als erstes Gerät hier am CERN, aus heutiger Sicht ein relativkleiner Beschleuniger, das Synchrozyklotron, gebaut.Das ist eine Maschine, die man heute als Museumsstück noch an dem Originalort besichtigen kann,passt in eine Halle, ist ein großer Magnet, in dem Protonen auf gewisse Energien beschleunigt werdenund dann für kernphysikalische Untersuchungen zur Verfügung stehen.Und damit hat man damals exotische Teilchen untersucht.Diese hat man vorher in der kosmischen Strahlung gefunden. Die Erde wird jaandauernd von der kosmischen Strahlung bombardiert, die größtenteils aus Protonen besteht.Und diese Protonen erzeugen kernphysikalische Reaktionen in der Atmosphäre.Und bei Untersuchung dieser, was dann bis zur Erde herunterkommt,die langlebigen Teilchen, hat man Teilchen gefunden, die neu sind, die exotisch waren.Das ist zum Beispiel das Myon, ein schwerer Verwandter des Elektrons,beziehungsweise hat man dann Teilchen gefunden, die auch nicht in das damaligesehr einfache Schema gepasst haben.Aber natürlich, Untersuchungen der kosmischen Strahlung, das lässt sich sehrschwer planen. Und wie ich bereits gesagt habe, nur die langlebigen Teilchen,die bei diesen Reaktionen entstehen, kommen bis zur Erdoberfläche.Daher war der nächste Schritt, man macht das kontrolliert mit Hilfe von Beschleunigern.
Tim Pritlove
Aber gehen wir vielleicht nochmal ein bisschen zurück in der Wissenschaftsgeschichte,weil das Tor für diesen ganzen Forschungsbereich und überhaupt das Verständnisdieser Welten und das Bedürfnis das zu untersuchen begann ja im Prinzip erst so grob Anfang des 20.Jahrhunderts. So als die großen Revolutionen angestoßen wurden in beide Richtungen,Relativitätstheorie von Einstein, aber eben dann vor allem auch die ganzen Erkenntnisserund um die Quantenmechanik und dieses Bemühen der Wissenschaft überhaupt erstmalsozusagen zu verstehen, wie man so schön sagt, was die Welt im Innersten zusammenhält.Noch mal Goethe zitiert zu haben und das musste sich ja dann auch erst mal findenund auch dieses Konzept von Strahlung,Radioaktivität, also wann hat sich denn überhaupt das wissenschaftliche Bildsoweit geformt, dass man wusste womit man es zu tun hat?
Manfred Krammer
Ich habe gar nicht so sicher mit den Experimenten von Rutherford,Alpha-Strahlung auf Goldfolien.Da hat man zum ersten Mal gesehen, dass es so etwas wie einen Kern geben muss,dass die Materie durchlässig ist, aber aus Korpuskeln, aus Kernen besteht.Ich würde sagen, das war der Beginn des Verständnisses, des Aufbaus der Materie.Vorher hat man wahrscheinlich einen schwammigen Begriff von Materie gehabt,aber zu dem Zeitpunkt hat man dann begonnen, Teilchen zu identifizieren.Kerne und das erste Elementarteilchen und ein Elementarteilchen,um das vielleicht zu erklären, ist ein Teilchen, das sich nicht weiter unterteilenlässt, sozusagen mit unserem Wissen heute punktförmig ist.Und das erste dieser Elementarteilchen war das Elektron, das man entdeckt hatvor etwas mehr als 100 Jahren.
Tim Pritlove
Und bis dahin gingen wir ja davon aus, dass das Atom das schon vielleicht sei,weil das ja eigentlich der historische Name ist, der Unteralpakan.
Manfred Krammer
Damals oder schon noch einige Jahre vorher glaubte man das Atom ist der kleinstemögliche Baustein der Materie.
Tim Pritlove
Aber war halt nicht so. Genau und dann ist halt daraus sozusagen die Erkenntnisdarüber langsam geworden, dass es eben Teilchen gibt, aber ich glaube man hatam Anfang auch nicht im Ansatz damit gerechnet so viele unterschiedliche zu finden.
Manfred Krammer
Man hat am Anfang ein paar Teilchen gefunden, man hat einen Kern gefunden,hat festgestellt, der Kern besteht noch aus Protonen und Neutronen,man hat das Elektron gehabt und eigentlich hätte das auch ausgereicht und reichtauch aus, um das Biodensystem der Elemente zu erklären.Und dann kam, was ich vorher vielleicht schon erwähnt habe, Untersuchungen,dass der kosmischen Strahlung als plötzlich ein Teilchen auftauchte,das Myon, das ähnliche Eigenschaften hat wie das Elektron, nur viel schwererwar. Das hat gar nicht reingepasst.
Tim Pritlove
Aber wie konnte man denn das, also was hat sich denn da technisch bereits entwickelt,dass man das überhaupt messen konnte?
Manfred Krammer
Es wurden die ersten Detektoren entwickelt, die solche Teilchenspuren nachweisen konnten.Es gab damals die ersten Detektoren, die nicht nur nachweisen konnten,dass es Strahlung gibt, sondern auch verschiedene Größen dieser Teilchen messen konnte,wie Ablenkungen in einem Magnetfeld, Spuren und daraus konnte man dann schließen,dass es sich um ein anderes Teilchen handelt als das Elektron.
Tim Pritlove
Und dann gab's ja dann diesen Pfad dahin, dass man irgendwie gesagt hat,ich weiß nicht so ganz genau, wie so die Abfolge war, aber ein Teilchen kommtdazu, das Myon kommt dazu, also irgendwann bestand ja sozusagen dieser Bedarfmit, okay wir müssen das Feld neu sortieren.Wir müssen hier in irgendeiner Form ein neues Konzept finden.Man kam so vom Atom, das dann auf einmal aus Teilen bestand und jetzt muss jaquasi die Formel wieder neu aufgestellt werden.
Manfred Krammer
Ja, die Physik und im Speziellen natürlich, was wir jetzt Teilchenphysik nennen,ist ein Wechselspiel zwischen Theorie und Experiment.Die Experimentatoren messen etwas, finden etwas Neues, messen eine Abweichungund dann gibt es Theoretiker, die das versuchen zu erklären,die daraus ein Modell basteln, um das zu erklären.Umgekehrt kann es natürlich auch sein, dass Theoretiker ein Modell aufstellenund dann etwas vorhersagen, nachdem die Experimentatoren suchen und es entwederbeweisen oder falsifizieren.Also es ist ein Ping-Pong-Spiel zwischen Experimenten und Theoretikern und diesesPing-Pong-Spiel hat langsam zur Entwicklung eines Modells, einer Theorie geführt,die wir jetzt das Standardmodell der Teilchenphysiker nennen.Begonnen hat es natürlich sehr einfach.Ein paar einfachen Teilchen und Theorien, die das erklären konnten.Dann fand man etwas, was da nicht hineinpasst.Dann haben wieder ein paar sehr clevere Theoretiker ein anderes Modell vorgeschlagen,das aber auch Vorhersagen gemacht hat. Und da sind wir dann schon in der Zeitdes Zern und der Teilchenphysik mit Beschleunigern.Denn diese Vorhersagen konnten dann zum ersten Mal einen Beschleuniger überprüft werden.Zum Beispiel mit dem Synchrozyklotron am CERN konnte eine gewisse Theorie zurFall von Pionen das erste Mal gemessen werden und somit ein Teil,was wir jetzt das Standardmodell nennen, bewiesen werden.
Tim Pritlove
Ich würde gerne mal diesen Gedankengang versuchen nachzuvollziehen,warum man jetzt sozusagen auf Beschleunigung kam.Also man versucht ja zu beobachten. Man hat jetzt durch verschiedene Experimente,wie das erwähnte Rutherford Experiment, also erstmal rausgefunden,okay da strahlt was und so wie wir das beobachten, passt das mit unserer bisherigenTheorie nicht mehr zusammen. Es muss sozusagen Teilchen geben.Was ist denn dann sozusagen die Entwicklungskette da in der in der Theorie undin der Praxis und in der Technik gewesen zu sagen wir müssen jetzt irgendwasbeschleunigen um hier näher an die Wahrheit zu kommen?
Manfred Krammer
Die Beschleuniger brauchen wir.Teilchen zu erzeugen, die eine höhere Masse haben.Je stärker die Energie ist, die wir im Beschleuniger erzeugen können,umso schwerere, massereichere Teilchen können wir erzeugen. E ist gleich imc², die berühmte Formel.Und als offensichtlich war, dass es schwerere Teilchen geben muss,hat man begonnen, immer größere Beschleuniger zu bauen. Und tatsächlich mitjedem neuen Beschleuniger, der ein neues Energiespektrum eröffnet hat,hat man wirklich was Neues gefunden.Das ging sehr lange so.
Tim Pritlove
Aber warum muss die Masse, also wie geht der Gedankenschluss zu diesem Ansatz?
Manfred Krammer
Ich habe das schon erwähnt, dass sich wie ein Elektron erhält,nur eine größere Masse hat.Ähnliche Teilchen hat man beiden Hadronen gefunden, also Teilchen die aus Quarks zusammengesetzt sind.
Tim Pritlove
Also das was den Atomkern ausmacht.
Manfred Krammer
Kern auch ausmacht. Das sind Atomkern, besteht aus Neutronen und Protonen, das sind Hadronen.Dann kennen wir aber auch sogenannte Mesonen, die bestehen ebenfalls aus Quarks,aus zwei Quarks und davon gibt es auch eine ganze Reihe.Das erste Teilchen, das man kennengelernt hat, war das sogenannte Pion und dannhat man ein Teilchen gefunden, das Kaon, das sich wiederum ähnlich verhaltenhat als das Bion, aber schwerer war, wie wir jetzt wissen, weil es ein schwereres Quark enthält.Und um diese von Bionen auf Kaonen, um das immer weiter zu untersuchen,hat ein Beschleuniger mit immer höheren Energien gebraucht.
Tim Pritlove
Also was macht das Prinzip der Beschleunigung? Wie kam man überhaupt darauf,dass man einen Beschleuniger braucht?Das so ein bisschen versuche ich gerade herauszufinden.
Manfred Krammer
In der Analogie, ich denke jetzt, das ist natürlich lang vor meiner Zeit gewesen,ich denke natürlich in der Analogie zur kosmischen Strahlung.Wir wissen ja, kosmische Strahlung hat sehr hohe Energie, wusste man damals sicher auch.Die kosmische Strahlung trifft auf die Atome, Atomkerne der Gashülle und wennman das nachvollziehen möchte im Labor braucht man natürlich Beschleuniger,um Protonen auf höhere Energie zu bringen, um dieses Phänomen der kosmischenStrahlung nachvollziehen zu können unter kontrollierten Bedingungen.
Tim Pritlove
Das gibt mir auch die Gelegenheit auf eine andere Sendung zu verweisen,die ein bisschen mit diesem Thema zusammenhängt, Raumzeit 104.Da geht es um das Cherenkov Teleskop Array, was ja auch die kosmische Strahlungversucht zu analysieren und dabei eben konkret diesen Effekt,diese Cherenkov Strahlung auswertet, während die kosmische Strahlung auf dieAtmosphäre der Welt, der Erde auftaucht und dort halt Lichtspuren hinterlässt,die in diesem Fall von diesem Array gemessen werden.Und das ist im Prinzip das, was man im Beschleuniger versucht nachzubauen.Hier liegt die Masse zwar rum, aber sie ist halt nicht schnell und wenn mansie irgendwie beschleunigen will, muss man sie halt irgendwie auf Trab bringen.Das heißt, das sind wir jetzt sozusagen in der Zeit kurz vor CERN.Das war sozusagen die Erkenntnis.Es wurden erste Beschleuniger-Systeme gebaut in einem sehr überschaubaren Raumund man hat einfach gesehen,okay, jetzt haben wir hier schon eine ganze Halle voll gebaut oder wie großdie ersten Beschleuniger auch immer gewesen seien, mögen wir brauchen das jetzt mal in größer.
Manfred Krammer
Ja der erste Beschleuniger wie ich schon gesagt habe passt noch in eine Halle.Parallel dazu wurde aber auch der nächste Beschleuniger schon geplant und mitdem Bau begonnen. Das ist das Proton Synchrotron.Das hat immerhin schon einen Umfang von fast 800 Meter und damit hat man jetztdann natürlich deutlich höhere Energien erreicht und konnte damit Teilchen studieren,die noch höhere Massen haben.Das Prinzip war damals das sogenannte Fixed-Target-Experiment-Prinzip.Man hat hauptsächlich Protonen in diesen Beschleunigern auf hohe Energien gebrachtund diese dann auf ein Target geschossen.Das Target ist ein Materieblock, das kann Blei sein,Eisen sein, aber auch Wasserstoff, Gas und hat dann untersucht,welche Wechselwirkungen, welche Reaktionen diese hochenergetischen Protonenin dem Target verursachen.Indem man nach dem Target die Detektoren aufgebaut hat. dann konnte man dieTeilchen untersuchen, die bei den Reaktionen entstehen.Und das BS, das ebenfalls Ende der 50er Jahre gebaut wurde, ist noch immer im Betrieb.Es ist ein Vorbeschleuniger jetzt vom großen LHC, zu dem wir sicher noch sprechen kommen.Also diese Maschine ist nach einigen Verbesserungen aber immer noch im Betrieb.
Tim Pritlove
Dann münden wir doch mal sozusagen in die konkrete Entstehungsgeschichte ein.Also die Wissenschaft hat sozusagen erstmal festgestellt, gut,Kernforschung ist wichtig, weil das ist etwas, was uns überhaupt erstmal dieGrundlagen bringt, Physik überhaupt zu verstehen und die offenen Fragen zu beantworten.Und mit den Grundlagen, die so in den 30er Jahren gelegt wurden,theoretischer Natur und dann praktischer Natur, kann man dann eben schnell aufdiesen Punkt so beschleunigen, sind ein wenig der Schlüssel zur Erkenntnis.Das würde ich mal so festhalten.Also es ist jetzt nicht nur so irgendeine Technologie,sondern es ist schon so eine richtige Schlüsseltechnologie, die wirklich dazubeitragen kann, diesen Teilchen zu überhaupt erstmal zu kartieren und dann ebenauch daraus Schlüsse zu ziehen, was gehört jetzt hier eigentlich zu was,was hat worauf einen Einfluss, was besteht aus was.Also Beschleuniger sind nicht irgendwas, sondern Beschleuniger sind sozusagen essentiell.Und das ist dann das, was letzten Endes, gerade eben nach dem Krieg,sozusagen das verbindende Element war,wo man gesagt hat, okay es ist jetzt Zeit für ein wirklich großes wissenschaftlichesGesamtexperiment und einen neuen Standort und dann eben in dem Zuge vielleichtauch noch so ein Friedensprojekt,um an dieser Stelle die Grundlage zu schaffen für die weitere wissenschaftliche Forschung.Kann man das so stehen lassen? Ja, ja.Dann sind wir jetzt sozusagen in den 50er Jahren. Womit fing es denn hier an?
Manfred Krammer
Deswegen, wie ich schon gesagt habe, mit dem ersten kleineren Beschleunigeran, mit den ersten kernphysikalischen Experimenten.Wie gesagt, den Begriff Hochenergiephysik, Teilchenphysik, hat es damals sicherlich noch nicht gegeben.Dann die nächste Maschine, um zu höheren Energien zu kommen,war der Proton-Synchrotron.Damit konnten dann Teilchen erzeugt werden, die deutlich höhere Energien haben.Die wurden in der Zwischenzeit bei anderen Forschungseinrichtungen entdeckt,wie zum Beispiel das Chum-Teilchen in Amerika, Reaktionen, wo diese Teilchenmit ins Spiel kommen konnten, dann am CERN ebenfalls untersucht werden.Die Erkenntnis kam dann im Wechselspiel, wie ich bereits gesagt habe,mit der Theorie, dass es noch schwerere Teilchen geben musste.Dann schon langsam die Erkenntnis gekommen, dass man zur Erklärung der Phänomene,die wir sehen, es mehr als diese drei, vier damals bekannten Quarks,wir reden jetzt hauptsächlich von Quarks, geben muss.Und daher hat man dann begonnen, einen noch größeren Beschleuniger am CERN zubauen. Jetzt sind wir am Anfang der 70er Jahre. Das ist das sogenannte SPS.Das war dann immerhin immerhin bereits ein Beschleuniger mit ungefähr 7 km Umfang,der wiederum noch immer benützt wird als Vorbeschleuniger für den LHC.
Tim Pritlove
Jetzt muss ich nochmal ein bisschen auf die Technik als solche zu sprechen kommen,damit auch alle das nachvollziehen können. Bei so Beschleuniger hört man haltimmer so, okay, alles klar, wir beschleunigen jetzt hier so die Teilchen.Das macht man ja nicht eben so mit Haushaltsgerät.Man nimmt also irgendein Atom oder ein Teil davon und will den jetzt sozusagenauf die Reise schicken. Man will hohe Geschwindigkeiten erzeugen.Jetzt nimmt man ja nicht eine Zwille, sondern man muss ja in irgendeiner Formsowas leiten und es handelt sich ja immer um etwas extrem kleines.Was sind also sozusagen die Grundkomponenten, die man braucht,um diese Beschleunigung überhaupt zu erreichen?
Manfred Krammer
Ja zum einen muss ich das widersprechen, man macht es auch mit Haushaltsgeräten.Tatsächlich. zumindestens die Zuhörer, die noch einen Röhrenfernseher zu Hausehaben, das ist ein einfacher Beschleuniger.Die Elektronen werden in der Röhre beschleunigt und treffen dann den Schirmund erzeugen den Lichtblitz. Ein einfacher Beschleuniger.Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden Elektronen beschleunigt.Das ist das Grundprinzip eigentlich, nachdem auch die großen Beschleuniger funktionieren.Auch hier erzeugen wir ein elektrostatisches Feld.Und in diesem Feld, bei Durchlaufen des Feldes, werden die geladenen Teilchen,egal ob es jetzt Elektronen oder Protonen sind, beschleunigt.So, das ist das einfache Prinzip eines Linearbeschleunigers.Jetzt, Linearbeschleuniger hat natürlich das Problem, dass man die Teilchen,dass er sehr lang werden kann.Und daher ist man übergegangen, Kreisbeschleuniger zu bauen.Und um geladene Teilchen auf einem Kreis zu halten, braucht man Magneten.Ein geladenes Teilchen, das fliegt, beschleunigt wird, würde nur geradeaus fliegen.Jetzt brauche ich einen Magneten, um die Teilchen auf eine Kreisbahn zu zwingen.Und dann kann ich die Teilchen durch dieses elektrostatische Feld bei jederUmdrehung durchschicken.Ich habe also eine Beschleunigungsstrecke und die Teilchen fliegen da zigmalin der Sekunde durch und werden zu immer höheren Energien beschleunigt.Das ist der Prinzip eines Kreisbeschleunigens. Also ich brauche ein elektrostatischesFeld und Magneten, die die Teilchen auf einer Kreisbahn halten.Die Energie ist jetzt beschränkt durch die Energie, die ich zuführen kann durchdas elektrostatische Feld, aber auch durch die Abstrahlung, die Teilchen produzieren,wenn sie auf einer Kreisbahn fliegen.Ein Teilchen, das in eine Kreisbahn gezwungen wird, strahlt Energie ab,die ich wieder zuführen muss.Das kann ich jetzt insofern umgehen, als ich immer mehr Energie zuführe oderden Ring größer machen, damit weniger abgestrahlt wird.Das ist das Wechselspiel zwischen Größe eines Beschleunigers,elektrostatisches Feld und dann auch Magnetfeld.Das ist der Grund, warum, wenn ich zu höheren Beschleunigern komme,möchte ich zu höheren Energien kommen, weil ich immer größere Ringe brauche.
Tim Pritlove
Also ein klassisches Bigger is better Ding.Wenn ich jetzt das Magnetfeld brauche, um das Teilchen erstmal so in die Bahnzu zwingen, was macht das Teilchen schneller? Also was sorgt für die eigentliche Beschleunigung?
Manfred Krammer
Die Teilchen müssen ein Spannungspotential durchlaufen.In dem Spannungspotential werden sie dann beschleunigt. Also ich lege an derBatterie einen Volt an, wenn ein Teilchen durchfliegt, gewinnt es die Energie von einem Elektrovolt.Jetzt deswegen ist es natürlich sehr wenig, wir wollen ja auf Gigaelektronen,Voltärelektronen kommen. Und da gibt es das Prinzip der Kavitäten.In Kavitäten entstehen stehende Wellen, die ein elektrostatisches Feld erzeugen,das die Teilchen beschleunigt.Diese Gravitäten wurden auch so um die 50er, 60er Jahre entwickelt.Natürlich werden jetzt immer besser, immer effizienter, werden superleitend.Und das sind die Beschleunigerstrecken, die es zum Beispiel in LHC an einerStelle entlang des Ringes gibt.Und die Protonen jedes Mal, wenn sie bei dieser Stelle vorbeikommen,bekommen sie Energieschub.
Tim Pritlove
Das sind diese Hohlraumresonatoren.Okay, also über Resonanzen werden die Emel beschleunigt.
Manfred Krammer
Genau, beschleunigt und damit Energie zugeführt. Wir führen ja Energie zu.
Tim Pritlove
Das ist sozusagen die Technologie, die dann am CERN wirklich primär nach vorne gebracht wurde.Und wann haben sich denn das erste Mal dann auch konkrete Erkenntnisse daraus,aus dieser Arbeit ableiten lassen?
Manfred Krammer
Ja, vielleicht der erste Meilenstein, wenn man so will, oder die erste großeEntdeckung am CERN war die Entdeckung der neutralen Ströme.Wir haben hier auf der einen Seite die Quarks und Leptonen, also die Teilchen,die Materieteilchen, aber diese Teilchen müssen ja miteinander interagieren,sonst wäre das Universum sehr einfach und fad sozusagen.Und da kennen wir vier Grundkräfte, elektromagnetische Kraft,schwache Kernkraft, starke Kernkraft und die Gravitation.Und bei der schwachen Kernkraft war nicht klar oder war nicht sicher,ob es auch einen sogenannten neutralen Strom gibt, also eine Wechselwirkung,bei der keine Ladung ausgetauscht wird.Und der Nachweis für diesen neutralen Ströme wurde hier am CERN mit Hilfe desPS-Beschleunigers in einer sogenannten Blasenkammer erbracht.Das war der erste, würde ich sagen, große Entdeckung am CERN.War eigentlich nur der Anfang für ein wirklich besseres Verständnis dieser schwachen Wechselwirkung.Der Beweis, dass es einen neutralen Strom gibt, fordert auch,dass es ein Austauschteilchen gibt für diesen neutralen Strom.Das nennen wir jetzt das Z-Boson.Und genau dieses Z-Boson wurde dann ungefähr 20 Jahre, 15 Jahre später,hier am CERN ebenfalls entdeckt.Mit dem nächsten Beschleuniger.
Tim Pritlove
Um es gleich mal, um ein paar Leute noch mitzunehmen, weil man kommt ja hierschnell ins Schlingern in dieser ganzen Begriffswelt.Also Quarks, Leptonen, grob gesagt Quarks so ein bisschen das was so die Grundlagefür die Atomkerne darstellt, Leptonen ist quasi mehr so die Elektronenwelt,beides zusammen macht ja so die Atome aus.Und die vier Kräfte sind ja, ich frage ab und zu mal so Leute nach den vierGrundkräften und es ist gar nicht so, wie soll ich sagen, also Gravitation hatjeder schon mal gehört, beim Rest gibt's unterschiedliche Antworten.Schwache Kernkraft ist halt so ein bisschen die Treibkraft hinter der Radioaktivität,das was irgendwie sozusagen auch in der Lage ist so die Atome wieder zu zersetzen,die ja ansonsten sehr stabil sind.Die starke Kernkraft hält alles zusammen und die elektromagnetische Kraft istja sagen wir mal die bekannteste, das ist so das was uns hier irgendwie ermöglichtam Tisch zu sitzen und nicht in tausend Strahlen zu zerfließen. Das.Heißt...Diese erste Erkenntnis war vor allem erstmal eine Erforschung dieser schwachen Kraft,primär, die einem viele Rätsel aufgegeben hat und überhaupt die Radioaktivitätauch so ein bisschen am Anfang der ganzen Idee des Teilchen Zoos auch stand.Was hat dann diese Erkenntnis der neutralen Ströme klar gemacht?Also war das sozusagen eine Erfüllung einer lang gepflegten Theorie und wo mansich schon immer gedacht hat, das müsste so sein oder war das dann so revolutionärmit so oh hoppala ist ja ganz anders als wir gedacht haben?
Manfred Krammer
Nein, parallel dazu wurde eine Theorie entwickelt, die sowohl die elektromagnetischeKraft als auch die schwache Kraft als die Erscheinung einer einzelnen Urkraft erklärt.Also sozusagen die beiden Kräfte in einem mathematischen Konzept,in einer mathematischen Theorie, die wir jetzt die elektroschwache Theorie nennen, zusammenfasst.Und in dieser Theorie braucht man eben diese neutralen Ströme.In dieser Theorie gibt es drei Austauschteilchen.Wir stellen uns ja die Wechselwirkung der Kräfte so vor, indem sie Teilchen austauschen.Das bekannteste Teilchen, sicher für jeden Hörer bekannt, ist das Photon.Es tauscht die elektromagnetische Kraft aus. Für die schwache Kraft gibt esjetzt die W- und die Z-Bosonen.Also zusammen brauchen wir dreidieser Austauschteilchen, um die elektroschwache Kraft zu beschreiben.
Tim Pritlove
Damit sie überhaupt miteinander interagieren kann und nicht vollständig separat voneinander agiert.
Manfred Krammer
Genau.
Tim Pritlove
Ja das ist sozusagen die Suche nach den Bosonen.Also diese, genau, Photon ist glaube ich sehr bekannt, weil ich meine das machtdas Licht, deswegen auch der Name.Aber das Licht halt letzten Endes ja auch nur Elektromagnetismus ist,ist glaube ich mittlerweile allgemein bekannt.Und die anderen wechselwirkenden Teilchen,also die, die sozusagen, kann man das sagen, so Quarks und Leptonen ist mehrso das Ist und die Wechselwirkungen, also die Bosonen, die sind mehr so das,was wird und sich ändert.
Manfred Krammer
Mit einem leichten philosophischen Touch kann man das vielleicht so sehen.Wir nennen es auf der einen Seite sind es die Materie Teilchen,also das was sie als ist bezeichnen und das andere ist die Wechselwirkung zwischenden Teilchen, ebenfalls ausgetauscht durch diese Posonen, das sind ebenfalls Teilchen.
Tim Pritlove
So das heißt mit dieser Entdeckung wurde erstmal klar,es gibt überhaupt erstmal eine unmittelbare Beziehung zwischen diesen beiden Kräften,von denen man weiß, dass es sie gibt, die man messen konnte, beschreiben konnte,für die die Theorie auch da war, die Beobachtungen gepasst haben,nur ob sie komplett separat voneinander existieren oder dann doch irgendwasmiteinander zu tun haben, das war dann sozusagen diese Entdeckung, die dann,Haben Sie es gesagt, ein neutraler Strom, der keinen Ladungsaustausch vornimmt.Wie muss man sich das vorstellen?
Manfred Krammer
Also nachgewiesen wurde es, indem durch das Proton-Synchrotron am CERN wurden Neutrinos erzeugt.Das sind Leptonen, gehören zur Klasse der Elektronenmyonen und so weiter.Sie haben die Eigenschaft, dass sie keine Ladung haben, extrem leicht sind.Wir wissen gar nicht wie leicht.Wir haben noch keine Messung, praktisch durch alle Materie durchgehen,denn sie wechseln wirkend nur schwach.Und mit einem solchen Neutrinostrahl, Myon-Neutrinostrahl, den man hier erzeugthat, das hat man dann auf ein Target geschossen, in einer Blasenkammer,und hat dort Wechselwirkungen mit den dort vorhandenen Elektronen gesehen.Und zwar so, dass sich die Elektronen nicht umgewandelt haben,sondern einfach gestreut wurden.Also es war eine Wechselwirkung, ein Myon Neutrino geht rein,trifft ein Elektron und man sieht ein Myon Neutrino auf der anderen Seite rauskommen,ebenfalls mit einem Elektron. Also kein Austausch von Ladung.Vermittelt durch die sogenannten Z-Bosonen. Aber der Beweis,dass diese Theorie stimmt, ist erst erfolgt durch die Entdeckung dieser Z-Bosonen, 1983 am SPS.
Tim Pritlove
Was heißt das jetzt, dass man die entdeckt? Also man baut jetzt seinen Beschleunigerring,man schafft es halt, Teilchen auf hohe Energien hochzufahren,in dem der Ring schön groß ist, die Magnetfelder entsprechend stark sind unddie Hohlraumresonatoren ihrer Arbeit leisten.Das Teilchen fliegt, hat sehr viel Energie, aber wie kann ich jetzt sozusagendiese Erkenntnis aus dieser Beschleunigung herausziehen?
Manfred Krammer
Man bringt die Teilchen zu einer Wechselwirkung. Also man schießt,wie ich schon gesagt habe, die Protonen zum Beispiel auf ein Target und dannuntersucht man, was rauskommt.Man misst alle Teilchen, die bei der Reaktion entstehen.Man misst, in welchem Winkel sie entstehen, man wisst, welche Teilchenart,mit welchem Impuls sie entstehen, wie häufig gewisse Reaktionen stattfinden,weil nicht jede Reaktion ist gleich.Und das vergleicht man dann mit der Theorie, vergleicht man mit den theoretischenVorhersagen. Und im besten Fall stimmt das natürlich überein.
Tim Pritlove
Wie viel Prozent sind denn hier Theoretiker und wie viel Prozent sind denn hierso die Experimentalphysiker.Weil das ist ja immer so der Witz bei den Physikern, dass so die Theoretikerund die Experimentalphysiker so ein bisschen separate Türme sind,die auf unterschiedlichen Inseln wohnen.Aber hier kommt dann wirklich alles zusammen.
Manfred Krammer
Ja, wobei der CERN ein experimentelles Labor ist,also ich leite ja das Department für experimentelle Physik, ich habe knapp tausendLeute in meinem Department, während die Theoriegruppe ist ungefähr einen Faktor 10 kleiner.
Tim Pritlove
Aber es gibt sie.
Manfred Krammer
Es gibt sie natürlich, ist sehr wichtig und diese Theoriegruppe arbeitet natürlichmit den vielen tausenden Theoretikern auf der ganzen Welt zusammen.Also ich traue mir jetzt keine Aussage treffen, ob es mehr Theoretiker oderExperimentalphysiker gibt. Ich glaube es gibt mehr Experimentalphysiker,aber im Großen und Ganzen hätte sich das schon sehr die Waage.
Tim Pritlove
Aber die gehen auch gemeinsam Mittagessen. Die vertragen sich schon.
Manfred Krammer
Ja, natürlich. Wir arbeiten ja zusammen. Wir versuchen ja gemeinsam die Rätselder Natur zu entziffern. Für Theoretiker macht es keinen Sinn eine Theorie zuentwickeln, die keiner überprüfen kann.Und für uns Experimentalphysiker macht das ja auch keinen Sinn,etwas zu messen, wenn wir keinen Anhaltspunkt haben, was soll jetzt eigentlichherauskommen laut Theorie. Das heißt wir brauchen einander.
Tim Pritlove
Kommen wir wieder zurück zu der Weiterentwicklung des CERNs.Also nach diesem ersten Durchbruch, was hat denn das bewirkt?Also was, wie kann man sich denn das so vorstellen, was war denn so die Wirkung dieser Entdeckung,dieser neutralen Ströme auf einerseits die wissenschaftliche Öffentlichkeitweltweit, auch die Legitimation des Projektes in der Politik?Wie muss man sich das vorstellen? War das so ein Heureka-Moment oder hat man schon mit gerechnet?
Manfred Krammer
Ich glaube nicht, dass es ein Heureka-Moment war, denn man darf nicht vergessen,das waren ganz andere Zeiten.Informationsfluss war viel langsamer, es gab natürlich kein Internet,neue Erkenntnisse haben sich nur langsam herumgesprochen über Publikationen,Das hat sicher Monate gedauert, bis es publiziert war, andere Forscher gelesen haben.Also der Erkenntnisgewinn und die Informationenverbreitung damals war natürlichviel, viel langsamer, als es heutzutage ist.Inwieweit die Politik damals Notiz genommen hat von den Entdeckungen und Arbeitenan CERN, ja, bin ich mir nicht allzu sicher.Aber natürlich, ich denke, nachdem der CERN ja dann weiter Zukunft hatte undgrößere Projekte beschlossen wurden, dass es natürlich sehr positiv gesehenwurde von den Mitgliedsländern.Parallel dazu, muss man auch sagen, hat sich ja die Mitgliedschaft am CERN weiterentwickelt.Gegründet wurde der CERN von zwölf europäischen Mitgliedsländern.Mittlerweile haben wir 21 Mitgliedsländer und etliche assoziierte Mitglieder.Das heißt auch die Community und die Anzahl der Mitgliedsländer im CERN hatsich ja mit den immer größer werdenden Projekten auch erweitert.
Tim Pritlove
Mir fällt auch grad so ein bisschen ein, in meiner Wahrnehmung,es war jetzt auch nicht gerade meine Jugendzeit, so die 50er, 60er Jahre,aber die waren ja einfach auch extrem geprägt von einem Glauben des technischenFortschritts und Aufbruchs und insbesondere die Atomtechnologie spielte da ja eine große Rolle.Mal abgesehen jetzt von den.Militärischen Entwicklungen, Kernkraftwerke, unbegrenzte Energieversorgung,das war ja alles solche Träume,die dort aktiv ausgelebt wurden,überall wurden entsprechende Kernkraftwerke auch gebaut und es war generellja auch so ein Zustand der,Ich würde fast sagen auch Dankbarkeit für wissenschaftlichen Fortschritt,der ja nun gerade in der ersten Hälfte des 20.Jahrhunderts dazu beigetragen hat, auch viele konkrete Probleme der Welt vonErnährung bis hin zu Transport zu lösen und fundamental voranzubringen.Also innerhalb von 50 Jahren hat sich ja die Welt enorm verändert,vielleicht so sehr wie seitdem auch nie wieder.Gut Internet ist jetzt nochmal vielleicht in eine andere Dimension und in gewisserHinsicht sehen wir ja auch immer noch eine exponentielle Beschleunigung in manchenBereichen, aber sagen wir mal was so das Leben an sich der Leute betrifft hatsich ja wirklich sehr viel verändert.Und das war ja dann auch so ein bisschen das Vertrauen, was in so ein großeswissenschaftliches Experimentsystem reingesteckt wurde.
Manfred Krammer
Diese Aufbruchstimmung und diese Technologie, glaube ich, war damals sicher präsent.Obwohl im Namen des CERN Kernphysik vorkommt, hat sich der CERN aber relativrasch zu wirklich der fundamentalen Grundlagenforschung entwickelt.Hier am CERN wurde nie Kernphysik an sich betrieben.Ich muss jetzt vorsichtig sein, wir haben nämlich einige Einrichtungen hieram CERN, wo wir sehr wohl kernphysikalische Untersuchungen machen.Aber am CERN wurde nie an Atomkraftwerken und schon gar nicht an irgendwelchenMilitärforschungen, Das wurde ja von vornherein ausgeschlossen,in der Konvention gearbeitet.Also der CERN hat sehr früh wirklich die fundamentalen Fragen versucht zu beantworten,was die Welt, wie Sie gesagt haben, innestens zusammenhält.Und daher, der CERN wurde, glaube ich, schon eher als Grundlagenprojekt gesehenund weniger als eine Einrichtung, die angewandte Forschung betreibt.Erst später hat man dann vielleicht erkannt, dass diese Grundlagenforschungsehr viel produziert und entwickelt, was man im angewandten Bereich braucht.Beschleunigertechnologie, auch die Detektoren, die wir entwickeln,ist der zweite große Bereich am CERN, wird vielfach in der Medizin verwendet.Computing, World Wide Web brauche ich glaube ich nicht extra erwähnen,aber die ursprünglichen Ziele und nach wie vor die Ziele des CERN sind absoluteGrundlagenforschung, für die es unmittelbar keine Anwendung gibt.Vielleicht darf man auch nicht vergessen, denke ich zumindest, dass am Beginn des CERN,die Maschinen, die wir jetzt besprochen haben, vielleicht bis hin zum SBS,der dann immerhin schon sieben Kilometer war, keine so riesigen,gigantischen Projekte sind, wie wir sie jetzt vielleicht sehen.Das hat sich ja alles mit der Zeit entwickelt. Das waren ja am Beginn kleineGruppen, wenige Leute, die Experimente gemacht haben.Erst mit der Zeit, als die Beschleunigung immer größer wurden,die Experimente immer komplexer, die Fragestellungen immer komplexer,hat sich das hin zu Kollaborationen entwickelt, die jetzt aus 3000 Wissenschaftlern bestehen.Eine Entwicklung, die übrigens nicht nur in der Teilchenphysik stattgefundenhat, sondern auch in anderen Bereichen der Wissenschaft.
Tim Pritlove
Kommen wir vielleicht noch mal zu diesen Meilensteinen, um daran auch vielleichtso ein bisschen die Entwicklung auch festmachen zu können. Also wenn ich dasrichtig sehe, diese neutralen Ströme, das war so 73, so größenordnungsmäßig.
Manfred Krammer
Aber diese W&Z-Busse waren 1983.Dazu musste, das ist vielleicht interessant zu erklären, dazu musste der SPSumgebaut werden. Der SPS wurde gebaut als eine Maschine für Fixed-Target-Experimente,ich habe das schon erklärt.Beschleunigt die Protonen und schießt sie dann auf einen Materioblocker undmacht dann die Messungen. Aber da geht sehr viel Energie verloren.Wenn das Proton auf einen Block trifft, geht viel der Energie hinten wieder raus.Viel effizienter wäre es, wenn man Protonen frontal qualitieren lässt.Da hat der Karl Rubia, weil man sozusagen doppelte Geschwindigkeit hat,mehr sogar frontal volle Energie bei der involvierten Teilchen,steht dann zur Verfügung.Und da hatte der Karl Rubia, später der Nobelpreisträger, die Idee gehabt, wir bauen das SPS um.Zu diesem Zeitpunkt gelang es bereits am CERN Antiprotonen zu erzeugen.Das sind die Antiteilchen der Protonen. Ein Proton besteht aus drei Quarks,ein Antiproton aus drei Antiquarks, hat aber sonst gleiche Eigenschaften außerentgegengesetzte Ladung.Und er hat jetzt die Idee gehabt, man kann eigentlich in dem gleichen Ring,im Uhrzeigersinn die Protonen, gegen den Uhrzeigersinn die Antiprotonen.Wenn man sich überlegt, wie die Felder der Magnete wirken, wirken sie genauentgegengesetzter, aber auch entgegengesetzter Ladung.
Tim Pritlove
Aber man nutzt sozusagen die Technik doppelt.
Manfred Krammer
Man nutzt die Technik des gleichen Beschleuniger, die gleiche Vakuumröhre,die gleichen Kavitäten, Hohlraumresonatoren und beschleunigt in die eine RichtungProtonen, in die andere Richtung Antiprotonen und kann sie dann zu einem Frontalcrashin der Mitte eines Detektors zusammenführen.
Tim Pritlove
Aber wo kriegt man denn so Antiprotonen her? Gibt es ja so Regale, wo die so drin stehen?
Manfred Krammer
Mittlerweile schon.
Tim Pritlove
Ach wirklich?
Manfred Krammer
Antiprotonen entstehen auch bei hochenergetischen Reaktionen.Wenn Sie einen Proton nehmen, wenn die Energie groß genug ist und Sie siehst,dass Sie auf ein Plei-Target kommen hinten alle möglichen Teilchen heraus.Unter anderem auch Antiprotone.Sehr selten. Aber wenn man eine gute Apparatur aufbaut, kann man diese Antiprotonenvom Rest der Teilchen separieren.Und mittlerweile wissen wir auch, wie wir sie aufheben können.Also wir haben mittlerweile Regale, magnetische Fallen, wo wir Antiprotonen speichern.Vielleicht kommen wir zu dem später zurück. Das ist ein ganz spannendes Thema.Aber bleiben wir bei dem SPS.Der SPS wurde umgebaut. Zwei Experimente wurden gebaut, UR1 und UR2.Ich hatte das Vergnügen, als kleiner Student beim Experiment UR1 mitarbeiten zu können.Und durch diesen Frontal-Crash der Protonen und der Antiprotonen stand genugEnergie zur Verfügung, um die W- und Z-Bosonen zu erzeugen. Und so gelang derNachweis der W- und Z-Bosonen.Das war sicher das größte, bis zur Entdeckung des Higgs, das größte Erfolg amZehren, der Nachweis der W- und Z-Bosonen.1983, ein Jahr später, hat der Karl Rubia gemeinsam mit dem Simon van der Meer,einem Beschleunigerexperten, den Nobelpreis bekommen.Das Simon van der Meer, dem ist es gelungen die Maschine so umzubauen,dass die Antiprotonen auch fokussiert bleiben und in der Maschine bleiben.Das war technologisch ein sehr wichtiger Fortschritt um diese Maschine überhaupt zu realisieren.
Tim Pritlove
Und 1983 gab es dann auch noch kein Internet, aber dann hat sich auch die Medienweltschon so ein bisschen verändert.Das dürfte dann schon ein bisschen mehr Impact gehabt haben oder dauerte dasimmer noch Monate lang bis das alles zur Kenntnis genommen hat?
Manfred Krammer
Ich hab damals schon Physik studiert, das war knapp bevor ich das erste Mal an den Zehren kam.Ich kann mich nicht erinnern, dass es im ORF I vorgekommen ist.
Tim Pritlove
Ja gut, alles klar.
Manfred Krammer
Als Physiker hat man das natürlich mitbekommen, überhaupt wenn man schon einTeilchen Physik studiert.
Tim Pritlove
Wie ging es dann weiter?
Manfred Krammer
Ja, jetzt, wir haben ja gesprochen über die Personen, elektroschwache Wechselwirkung.Gibt es drei Personen, Photon, W und Z Person.Und der große Unterschied ist zwischen diesen Personen der riesige Masseunterschied.Die Photonen sind masselos, deswegen fliegen sie auch mit Lichtgeschwindigkeitund ähnlicher Reichweite.Die W- und Z-Personen haben zwischen 80 und 90 Gigaelektronenvolt Masse.Das entspricht der 80 bis 90 fachen Protonenmasse.Also das sind riesige, schwere Auslausteilchen.Und das passt nicht ganz zusammen. Da fehlt etwas in der Theorie.Und da haben viele Theoretiker damals nachgedacht, wie kann das,oder die Überlegung fand schon in den 60er Jahren statt, Wie kann man dieseungroßen Massenunterschiede erklären?Und da kommen wir jetzt schon langsam zum Higgs, zum Higgs-Feld.Einige Theoretiker, allen voran die Theoretiker Braut,Angler und Higgs, haben dann eine Theorie aufgestellt, dass es im Universumein Feld geben muss, das für diese Massenunterschiede verantwortlich ist.Wir nennen es jetzt das Braut-Angler-Higgs-Feld.Und der Higgs war der Theoretiker, der erkannt hat, dass wenn es ein solchesFeld gibt, dann muss es auch ein Teilchen dazu geben, das Feldteilchen.Und deswegen nennen wir das Higgs-Boson jetzt Higgs-Boson.
Tim Pritlove
Da müssen wir vielleicht nochmal einen kleinen Physik-Exkurs einwerfen und soein bisschen auf diese Idee dieser Felder kommen.Das ist ja eine komplexe Materie.Das Verständnis, was ich so ein bisschen für mich erlangt habe oder glaube erlangt zu haben,Also ich rede quasi von dieser Quantenfeldtheorie, also die Annahme,dass eigentlich für jedes Teilchen, korrigieren sie mich, werden sie wahrscheinlichgleich tun, mehr oder weniger eigentlich auch ein passendes Feld dazu existiert.Wir eigentlich quasi dadurch in der Vorstellung von einer permanenten,wabernden Masse unterschiedlicher Feldtypen umgeben sind und diese ganzen Teilchen,die wir dann sozusagen finden, sind dann so mehr oder weniger Zuspitzungen in diesem Feld.Kulminationen, die dann sozusagen greifbar, quantisierbar,also zählbar werden, die diskret abgeteilt sind,die sozusagen so viel aus diesem Feld herausragen, dass man sagen kann,da ist ein sichtbares, greifbares, zählbares Element aus diesem Feld.Ist das ein Bild, was passt?
Manfred Krammer
Ja, ich würde das Einzige, was ich korrigieren würde, wir sind nicht von denFeldern umgeben, sondern durchdrungen von all diesen Feldern.Und ja, die Teilchen, wenn sie sozusagen an dem Feld rütteln, entstehen.
Tim Pritlove
Die Teilchen, genau. Weil das Bild hat mir ehrlich gesagt sehr geholfen dabei,weil so dieses, diese ganze Welt aus so herumfliegenden Objekten sich zusammenzubauen,macht's auch irgendwie schwierig, weil einfach alles permanent irgendwie kollidiertund wie ein riesiger Billardtisch funktionieren würde.Aber sozusagen alles so ein bisschen als wabernde Masse zu verstehen,wo sich dann irgendwie immer wieder was konkretisiert,das passt ja dann auch irgendwie gut so mit diesen Beschreibungen zusammen in der Quantentheorie,dass ja alles ja Welle und Teilchen gleichzeitig ist,dieser Dualismus, dieses Dinge sind nicht so konkret greifbar,ich kann sagen mit welcher Wahrscheinlichkeit irgendwas irgendwo ist,aber nichts ist wirklich total bestimmt.Was ja sagen wir mal auch die einfache Physik am Anfang des 20.Jahrhunderts auch so ein bisschen in Wallung gebracht hat, wo ja auch viele,ich glaube auch Einstein, so ein bisschen ihre Zweifel hatten,dass das sozusagen so ein Bild sein kann, mit dem sich alles erklären lässt,weil man eigentlich ja bis dahin immer so ein bisschen Konkretes haben wollte,Festgelegtes haben wollte, Abzählbares haben wollte und das ja sagen wir malBlick aufs große auch irgendwie gepasst hat.Allgemeine Relativitätstheorie war in der Lage so das Weltall zu beschreibenund auf einmal passte die Bewegung der Planeten und es ging irgendwie alleswunderbar auf und diesen großen Dimensionen,ja konnte man das alles so nachvollziehen, aber umso mehr man ins Kleine schaute,umso waberiger und unbestimmter wurde irgendwie alles und das dann irgendwiezusammenzubringen ist ja im Prinzip auch immer noch so ein bisschen die Aufgabe.Also diese Felder spielen einfach eine große Rolle und das Higgs-Boson,um da jetzt drauf zu kommen, oder die Higgs-Entdeckung, oder sagen wir überhaupterstmal die Theorie vom Higgs, ist ja sozusagen der Ansatz.Okay, wie, was ist überhaupt Masse? Und damit in letzter Linie auch so die Frage,was ist überhaupt Energie, wenn das sozusagen das gleiche ist,was ist das für eine Eigenschaft und wovon eigentlich?Und diese Theorie, wann wurde die aufgestellt?
Manfred Krammer
Ende der 60er Jahre.
Tim Pritlove
Das muss ja ein unglaublich weitblickendes Gedankenmodell gewesen sein,was jetzt sozusagen gesagt hat, okay unter all diesen Feldern,die wir sowieso haben, gibt's dann nochmal eins.Das sehen wir nicht, aber nehmen wir einfach mal an, das ist irgendwie da undes ist in gewisser Hinsicht so ein Metafeld, was für alle auch nochmal eineEigenschaft hinzufügt.Also vereinigen sich dann letzten Endes alle Felder.
Manfred Krammer
Ja, es war sicher damals eine sehr mutige Vorhersage, ein solches zusätzliches Feld einzuführen.Aber mathematisch in ihrem Mechanismus, diesem Brauteiger-Higgs-Mechanismus, hat das gepasst.Und hat all das erklärt, was man damals gemessen hat. Was man sich erklärenkonnte. Genau. Und seit diesen 60er Jahren suchen wir dieses Higgs-Teilchen.Weil, was die Theorie nicht vorhergesagt hat, bei welcher Masse sich diesesTeilchen befinden sollte.Deswegen haben dann eigentlich Generationen von Physikern versucht,dieses Higgs-Teilchen nachzuweisen.Man hat aber erst einen LHC gebraucht, um genug Energie in diese Kollisionenzu bringen, damit dieses Higgs-Teilchen entsteht.Und zweitens entsteht dieses Higgs-Teilchen, weil es auch so schwer ist,sehr, sehr selten. Das heißt, man braucht auch noch einen Beschleuniger,der eine hohe Interaktionsrate, eine hohe Intensität hat.Und das war erst durch den LHC möglich.
Tim Pritlove
Okay wir lassen nochmal kurz auf Dröseln.Also die Voraussage war ja im Prinzip es gibt nochmal ein Feld und nennen wires jetzt mal das Higgs Feld und das hat eine bestimmte Eigenschaft und um esnachweisen zu können muss man sozusagen ein Teilchen finden,also so eine Kulmination in diesem Feld, die erst dadurch angeregt wird,wenn man extrem hohe Energien zusammenbringt.Was heißt das jetzt mit ich suche ein Teilchen in einem bestimmten Energiebereich?Also wie muss man sich das jetzt… Ja bis jetzt haben wir eigentlich nur überden Beschleuniger gesprochen.
Manfred Krammer
Der Beschleuniger ist nur eine Komponente. Wie ich schon gesagt habe,um nachweislich das Higgs Teilchen brauche ich einen Beschleuniger,Der bei der Kollision, beim LHC, beschleunigen wir Protonen in beide Richtungen.Es kommt zur Kollision zwischen den einzelnen Quarks in den Protonen,beziehungsweise die Gluonen, die die Protonen zusammenhalten.Und bei dieser Kollision muss genug Energie zur Verfügung stehen,damit die Masse des Higgs überhaupt entstehen kann.Zweitens braucht man diese hohe Intensität, damit es auch oft genug entsteht.Aber das ist nur der erste Teil. Jetzt hat man es erst einmal erzeugt.Dann muss es nachgewiesen werden. Das Higgs-Boson zerfällt instantan.Man sieht es, man kann es auch im Detektor nicht nachweisen.Was man nachweisen kann, sind die Zerfallsprodukte.Da entstehen aber alle Teilchen, die wir bis jetzt kennen.Der LHC hat eine so hohe Energie, dass er die ganzen Teilchen so erzeugen kann.
Tim Pritlove
In einer einzigen Kollision?
Manfred Krammer
In einer einzigen Kollision. Wir haben aber jetzt eine Milliarde Kollisionenpro Sekunde, rund um die Uhr, fast das ganze Jahr.Das heißt, die Detektoren, die Experimente müssen so aufgebaut sein,dass sie zum einen die Kollisionen auseinander dividieren können,messen können, was dabei entstanden ist, und dann vergleichen wir in der Analysemit dem, was wir erwarten.Wir vergleichen zum Beispiel die Verteilung gewisser Teilchen mit einem Modellohne Higgs und mit einem Modell mit Higgs.Und dann schauen wir, was besser passt.Detail ist natürlich komplizierter. Zum einen machen wir eine blinde Analyse,damit wir das Ergebnis nicht, wir wollen ein Higgs finden und dann drehen wirso lange an den Parametern der Analyse, bis wir das wirklich finden.Also diese Analyse, was ich gerade gesagt habe, die wird blind gemacht.Das heißt, der Bereich, den man untersucht, der wird nie gezeigt auf dem Platz.Man definiert die Analyse, das sind ganze Teams von hunderten Leuten, die daran arbeiten.Man definiert die Suche, man definiert die Simulation, die Vergleiche und wenn man dann sicher ist,dass alles passen muss, dann öffnet man sozusagen die Box und schaut nach,ob das, was man sieht, der Theorie mit Higgs oder ohne Higgs entspricht.Und dann sieht man, dann hat man vielleicht dann die Zuhörer ja damals diese Plots 2012 gesehen,Da sieht man eine Verteilung, die hat eine kontinuierliche Kurve und irgendwoplötzlich steht ein Peak heraus.Und da haben wir dann das X-Boson identifiziert.
Tim Pritlove
Das heißt man hat genug Experimente gefahren mit unterschiedlichen Energienund in diesem einen spezifischen Energiebereich waren dann die Explosionen der Art,dass sich eben der komplette Teilchenzoo dort entwickelt hat und in der Verteilung,was da, in welcher Reihenfolge und wie viel sich sozusagen herausgetan hat,entsprach der Vorhersage des Higgs-Feldes und des Higgs-Teilchens und das hatman so in diesen ganzen anderen Energiebereichen nicht gesehen.Was war nochmal kurz diese Energie genau? 125 GV. 125 Gigaelektronenvolt.
Manfred Krammer
Das entspricht der Masse von 125 Protonen.Ruhemasse von 125 Protonen.
Tim Pritlove
Klingt nicht viel, wenn das so rot und so rumliegt.Aber wie kann man sich das...
Manfred Krammer
Entspricht glaube ich nicht, weil das ein Xenonatom war.
Tim Pritlove
Ja aber wie kann man sich vorstellen, dass es sich dabei um viel Energie handelt,wenn die auch einfach so rumliegen können.
Manfred Krammer
Naja herumliegen, wie ich ja gesagt habe, das Higgs Boson entsteht und zerfällt sofort.
Tim Pritlove
Ja, aber nur diese Energie. Wie kriegt man ein Gefühl dafür,dass das viel Energie ist? Weil es ist ja viel Energie, wenn man es so groß nennt.
Manfred Krammer
Also zumindest meine persönliche Normierung ist die Energie,also die Masse eines Protons oder Neutrons, das ist ungefähr ein GeV.Das ist sozusagen meine Kalibrationseinheit.Alles was drüber ist, ist schwer, alles was darunter ist, ist leicht.
Tim Pritlove
Klingt aber nicht beeindruckend.
Manfred Krammer
Nein und ist auch nicht wissenschaftlich, um ehrlich zu sein.
Tim Pritlove
Okay, aber nehmen wir einfach mal hin. Es ist eine Menge Holz und das überhaupterstmal in einem Beschleunigerring zu erzeugen braucht eben all diese ganzeTechnologie und wir werden hier über den LHC in anderen Folgen noch sehr vieldetaillierter sprechen.So und dann entstand das,ich meine das ist ja jetzt nicht so, man schaut auf den Bildschirm und macht so pling,sondern wir haben es ja schon gesagt, über einen langen Zeitraum permanent wirdimmer wieder quasi dieses Experiment permanent durchgeführt oder es wird einfach die ganze Zeit,werden einfach Daten erfasst und dann zusammengesammelt, Über welchen Zeitraummusste man dann sozusagen schauen, um letzten Endes dieses Bild und auch dieGewissheit zu bekommen.Weil es ist ja nicht ein Ereignis, sondern es ist ja sozusagen ein Ereignis,was mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auftrifft.
Manfred Krammer
Der Nachweis gelang relativ rasch. Mit den Daten von ungefähr einem Jahr hatte man die Gewissheit,dass die Abweichung von der Theorie ohne Higgs deutlich genug ist,dass man eindeutig sagen kann, da ist etwas Neues passiert.Das hat ungefähr die Eigenschaft eines Higgs-Posons und für die Entdeckung hat das ausgereicht.Aber jetzt, was wir seitdem machen, seit zehn Jahren, ist, genauer zu studieren dieses Teilchen.Und zwar auf der einen Seite die Reaktionen, die zur Erzeugung eines Higgs-Bosons führen.Darum gibt es eine ganze Reihe. Und dann auch die Zerfallsmechanismen.Das Higgs-Boson kann in alle bekannten Teilchen mit Masse zerfallen.Das ist ja sozusagen die Essenz des Higgs-Bosons, es koppelt an alle Teilchen mit Masse.Das heißt, in erster Linie zerfällt es in Teilchen mit großer Masse,dann mit geringer Statistik in kleinere und so weiter. Und das untersuchen wir jetzt.Und dazu brauchen wir viele dieser Experimente.Jede Kollision ist sozusagen ein Experiment, bei der eine dieser Reaktionen abläuft.In den seltensten Fällen entsteht ein Higgs-Boson. Es entstehen natürlich alleanderen Teilchen, wie ich schon gesagt habe.Man darf auch nicht glauben, dass wir am LHC nur das Higgs-Boson untersuchen.Die großen Experimente machen, wenn ich jetzt grob schätze, dürfte an die 100verschiedene Analysen gleichzeitig, wovon nur wenige das Higgs-Boson betreffen.Es gibt dann Analysen, um detailliert andere Teilchen des Standardmodells zuuntersuchen, wo erst jetzt die Energie zur Verfügung steht.Es gibt viele Suchen nach zusätzlichen neuen Teilchen oder Feldern.Also es ist eine riesen Bandbreite. Es arbeiten ja nicht umsonst mehrere tausendPhysiker pro Experiment.Und viele hunderte, auch mehrere tausende in Summe, an all den vier LHC-Experimenten.Studenten machen ihre Dissertation. Die arbeiten nicht alle an den Higgs-Boson.Aber natürlich, nachdem der LHC die einzige Maschine ist, die Higgs-Bosonenproduzieren kann, ist das natürlich ein Gebiet, das wir mit hoher Priorität untersuchen.
Tim Pritlove
2012 gab's Internet und ich erinnere mich noch relativ gut wie es so langsam anfing raus zu sickern,dass wohl irgendwie was passiert ist, also ich weiß gar nicht ganz genau,ich glaube es ist dann erstmal angekündigt worden, dass es eine Pressekonferenzgeben wird, da waren dann schon die Hände nass bei vielen und es sickerte haltdurch, weil es war ja auch klar wonach gesucht wurde.Und es ist auch klar, dass jetzt nicht für jede Minimalerkenntnis gleich einePresskonferenz aufgesetzt wird und insbesondere wenn dann so eine Geheimniskrebereiauch noch drumherum gemacht wird, was es denn ist, da waren dann schon alle irgendwie nervös.Und das war, und das ist jetzt so ein bisschen meine Außenperspektive,da hatte man wirklich so den Eindruck so, oh wow, okay, gut,jetzt kommt hier irgendwie das Zern und macht einen bold move.Also das war wirklich spürbar, dass das jetzt mal etwas ist,auch wenn das irgendwie so ein sonderbarer Moment war,dass man dann auf dieser Veranstaltung Wissenschaftler gesehen hat und dannwurde so eine, mehr oder weniger langweilig aussehende Kurve auf den Beamergeworfen und alle sind ausgeflippt, als hätten sie jetzt gerade irgendwie Fußball-Weltmeisterschaft zu feiern.
Manfred Krammer
Ja, und der Grund ist diese Blind Analysis, von der ich vorher gesprochen habe.Ein, zwei Wochen vorher wussten selbst wir nicht, dass wir wirklich schon beidieser Entdeckung sind.Weil es gab die beiden Experimente, Atlas und CMS, die mit unterschiedlichenExperimenten, unterschiedlichen Detektoren, unterschiedlicher Software,unterschiedlichen Personen ihre Daten analysieren.Damit ist sichergestellt, dass die Ergebnisse völlig unabhängig sind.Diese Gruppen reden auch nicht miteinander.Es gibt sogar Geschichten, dass Ehepaare, die eine arbeitete in Atlas,die andere in CMS, die sind heimlich aufs WC gegangen, um zu telefonieren mitihren Kollegen, als es um die Analyse ging.Und dann kommt es zu diesem Unplugging und dann sehen die Kollaborationen zumersten Mal, ob sie wirklich was gefunden haben und wie groß die Abweichung ist.Wir müssen ja auch sicherstellen, dass das eindeutig ist. Das peinlichste wäre,der CERN verkündet das X-Poson und ein Jahr später müssen wir sagen,es war doch nur eine statistische Fluktuation.Und da gibt es diese sogenannte 5-Sigma-Grenze in der Teilchenphysik,ab der man von einer Entdeckung spricht.Da ist dann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen,dass das eine Wahrscheinlichkeit verteilt.Und das heißt, kurz vor der Pressekonferenz wussten erst die Kollaborationen,dass sie etwas haben, aber sie wussten nicht, ob sie beide das gleiche sehen.Das wusste nur ein paar Tage vorher der CERN-Generaldirektor.Der wurde von beiden Kollaborationen informiert und der sah,dass sich diese Entdeckungen entdeckten.Denn es hätte ja sein können, ATLAS findet etwas bei 100 GeV,CMS findet etwas bei 200 GeV und dann glaubt keiner was.Und in dieser Pressekonferenz, Also in dem Seminar, das der Pressekonferenzvorangegangen ist, haben zum ersten Mal die Spokesbörsen bei der Kollaborationihre Ergebnisse gezeigt.
Tim Pritlove
Sprühen wir nochmal ein paar Wochen zurück oder wie weit auch immer.Also die Experimente, ich meine, ich habe ja mein Verständnis so,LHC arbeitet jetzt sozusagen permanent Es gibt solche Kampagnen über einen längerenZeitraum bis dann mal wieder eine technische Pause durchgeführt wird.Also es gab ja einen Upgrade von dem großen Beschleunigerring,dem Large Hadron Collider im Vorfeld, ich weiß nicht wie viele Jahre vorherwar das, der letzte Ausbau, der sozusagen diese Energien ermöglicht hat?
Manfred Krammer
In der ersten Stufe war das eigentlich, sogar mit einer halben Energie ist derLHC zu dem Zeitpunkt gelaufen. Mh.Die echte Experimentierphase hat 2010 begonnen, sehr geringe Intensität,das war erst der Start und dann 2011, Beginn 2012 ist dann die Intensität immerhöher gesteigert worden und damit war dann genug Statistik da um ein paar hundertdieser Higgs Ereignisse herauszufiltern.
Tim Pritlove
Okay aber das läuft ja dann sozusagen Tag und Nacht und wird die ganze Zeitaufgezeichnet und die Daten werden abgespeichert und da fließt ja auch irgendwie,da werden sehr viele Festplatten gefüllt und man kann ja die Daten gar nichtin Echtzeit so analysieren nehm ich mal an,also das ist ja sozusagen etwas, da muss ja quasi parallel muss man die ganzeZeit auf diesen Daten arbeiten und man ist den Experimenten immer Wochen,vielleicht Monate hinterher, weiß ich nicht genau.Und sowohl bei dem einen Experiment als auch bei dem anderen,Atlas und CMS, wurde auf die selben Zahlen reingeschaut und das Ziel war schon,okay Higgs, also nicht nur aber eben auch und die Gruppen die sich darum gekümmert haben,haben halt einfach ihre Daten analysiert so und Gab's dann irgendwie so einenStichtag, wo du gesagt hast, okay, jetzt schauen wir uns mal alles an und wertendas aus und das haben dann beide Gruppen parallel gemacht und das wussten dieaber auch, dass sie das beide parallel machen.
Manfred Krammer
Ja solche Schnittpunkte ergeben sich automatisch zum Beispiel Ende des Jahres,wo der Beschleuniger dann für ein paar Monate abgedreht wird,dann nimmt man die Daten des letzten Jahres als Paket, analysiert das und zeigt dann die Ergebnisse.
Tim Pritlove
Okay, das heißt das war dann Ende 2011?
Manfred Krammer
In dem Fall war der Zeitpunkt, wo man den Schnitt gemacht hat,Anfang 2012. Also ich bin jetzt nicht sicher, Mai oder so. Bis zu dem Zeitpunkthat man die Daten genommen.Dann hat man parallel schon die ganze Analyse vorbereitet. Dann hat man nochein paar Wochen Zeit gehabt, um abzuschließen.Und dann rechtzeitig, das Timing wird vorgegeben durch die Konferenzen.Wir haben üblicherweise eine Serie von Sommerkonferenzen und Winterkonferenzen.Und da versuchen die Experimente ihre Ergebnisse, ihre neuen Ergebnisse zu zeigen.Und in diesem Fall 2012 war es eine internationale Konferenz in Melbourne,bei der das Ergebnis gezeigt werden sollte.
Tim Pritlove
Eine Sommerkonferenz.
Manfred Krammer
Eine Sommerkonferenz, genau.
Tim Pritlove
Wobei in Melbourne ist ja dann wieder Winter.
Manfred Krammer
Das war relativ kühl dort.Und am ersten Tag dieser Konferenz wurde sozusagen das Ergebnis verkündet.
Tim Pritlove
Ok, aber wie ist das dann sozusagen abgelaufen? Das heißt beide Gruppen habendann sozusagen auf ihre Daten geschaut und dann dürfte so beiden so ein bisschender Mund trocken geworden sein.Weil ich meine, hat man damit gerechnet, dass man dann schon am Ziel ist?Also war das sozusagen die Erwartungshaltung, jetzt haben wir eigentlich dieEnergie, jetzt muss es passen.Sowas kann man ja eigentlich gar nicht sicher, da kann man sich nicht sicher sein.
Manfred Krammer
Man konnte sich nicht sicher sein, weil es war ja nur eine Theorie.Es hätte gar nichts auch herauskommen können.Also man konnte sich nicht sicher sein. Es gab natürlich schon in der Analyse,vielleicht ein Jahr vorher, gab es Fluktuationen, aber Fluktuationen kommen und gehen.Also wo man in diesem Bereich was gesehen hat, aber eben nicht diese 5 Sigma, sondern nur 2, 3 Sigma.Das ist eine Wahrscheinlichkeit, die kann mit ein bisschen mehr Statistik wieder verschwinden.Also die Optimisten haben natürlich schon geglaubt, das kann was werden,aber eigentlich viele, ich persönlich war auch überrascht, dass man so raschzu diesem 5 Sigma Schwelle gekommen ist.
Tim Pritlove
Und zwar beide Experimente.
Manfred Krammer
Beide Experimente und sehr genau übereinstimmend.Also da war ein geringer Fehler zwischen den beiden Experimenten.
Tim Pritlove
Okay und jetzt nochmal diese Timeline bis zu der Veröffentlichung.Also zwei Wochen vorher waren dann sozusagen alle mit ihren Daten durch undhaben dann Kurve gesehen und jede Gruppe selber meinte, okay wir sehen das.Aber die beide wussten nichts voneinander.
Manfred Krammer
Beide wussten nicht was sie sehen und ob sie was gesehen haben und schon gar nicht wo.
Tim Pritlove
Ok und dann fand dieses Seminar statt, was dann eine Woche vorher vor der Veröffentlichung war?
Manfred Krammer
Nein, es war am Tag der Konferenz, am ersten Tag der Konferenz.Die Präsentation beider Experimente wurde von hier übertragen nach Melbourne.
Tim Pritlove
Und da haben dann überhaupt das erste Mal festgestellt, dass das so ist.
Manfred Krammer
Dass beide etwas sehen und es übereinstimmt und das war dann eigentlich wirklich…Aber das war dann auch noch nicht öffentlich.Gleich darauf gab's die Pressekonferenz, so weit ich mich erinnere,das ist auch mehr als 10 Jahre her.
Tim Pritlove
Ich meine es gab so ein bisschen Vorlauf.
Manfred Krammer
Ja, Gerüchte, Gerüchte, jeder Kollaboration bestand aus ca. 3000 Leuten.
Tim Pritlove
Da entstehen Gerüchte.Ich meinte ja schon, es sickerte halt was durch. Aber ok, jetzt verstehe ich das erst.Es war dann wirklich auf dieser Konferenz eine sehr sehr sehr frische finale Erkenntnis,die eigentlich erst einen Tag vorher so gewonnen wurde und die dann,ja, die dann jetzt wirklich aber auch mal international auch wirklich abgestrahlthat, also das war dann schon auch wirklich mal ein echter Eureka Moment.
Manfred Krammer
Gigantische Resonanz hervorgerufen, die uns Physiker alle überrascht und ichwürde fast sagen überfahren hat.
Tim Pritlove
Warum?
Manfred Krammer
Weil wir mit einem solchen Medieninteresse alle nicht gerechnet haben.Also ich kann mich erinnern, ich war damals im Institut für Ironie-Physik,habe Interviews gegeben und die Fernsehstationen und Radiostationen haben sicham Gang geprügelt um die Plätze.Und so ein Interesse als Teilchenphysiker hat man in seinem Leben sehr selten.
Tim Pritlove
Im Nachgang gab es dann eine gute Erklärung dafür, was das sozusagen bewirkt hat.Hatte das was mit dem CERN zu tun? Hatte das was mit dem Thema zu tun?Also was hat das sozusagen gemacht, dass das so eine Aufmerksamkeit erzeugthat? Weil das ist ja ein Prozess, der muss ja auch an so einem medialen Apparatsich erstmal aus irgendetwas heraus entwickeln, also was war die Grundlage für dieses Interesse?Ich meine man hätte ja auch sagen können, ja Wissenschaftler haben ja irgendwasrausgefunden, denen interessiert das schon.
Manfred Krammer
Sicher hat der CERN eine Rolle gespielt. Der Status des CERN,dann die Tatsache, dass der LHC doch eine sehr riesige Maschine ist,die von der Technologie her sehr aufregend ist, wo man auch sehr schöne Bilderzeigen kann, nicht nur von der Installation, aber auch diese Kollisionen, die bunten Bilder.
Tim Pritlove
Ich meine mich, jetzt fällt es mir gerade wieder ein, da gab es doch vorherso eine putzige Diskussion um das Erzeugen von schwarzen Löchern.
Manfred Krammer
Vorher im Betriebnahme des LHC gab es ja die Befürchtung und da gab es einige Esoteriker,die das bis zum Karlsruher Verwaltungsgerichtshof gebraucht haben,die Gefahr, dass der LHC schwarze Löcher erzeugen kann und dieses schwarze Loch die Erde verschlingt.Das hat sicher auch das Interesse.
Tim Pritlove
Und konnte es?
Manfred Krammer
Nein.
Tim Pritlove
Warum?
Manfred Krammer
Es gibt die Erklärung der Theoretiker. Da hätte ich auch meine Bedenken.Theoretiker haben sie auch schon geirrt.Aber ich gebe ihnen die Erklärung des Experimentalphysikers.Jede Sekunde finden viele LHCs in der Atmosphäre statt.Weil die Protonen, die aus der kosmischen Strahlen haben zum Teil eine vielhöhere Energie als der LHC jemals erzeugen kann.Würden solche Kollisionen schwarze Löcher erzeugen, gäbe es uns nicht mehr.
Tim Pritlove
Ende der Diskussion. Im Endeffekt wurde es mal gerichtlich festgestellt,dass es keine Gefahr gibt.Ja, aber das kann wirklich der Katalysator gewesen sein, da kann man in derEthik wirklich glücklicherweise sein.
Manfred Krammer
Unglücklicherweise kam es ja nach der ersten Inbetriebnahme des LHCs zu einem Unfall.Es ist ja eine superleitende Leitung, hat einen Fehler entwickelt und dadurchist der LHC beschädigt worden 2008.Das hat bereits ein großes Medieninteresse hervorgerufen.Riesenmaschine, viel Geld und ist nach zwei Wochen schon kaputt.
Tim Pritlove
Ja, stimmt.
Manfred Krammer
Das hat sicher auch das Interesse und vielleicht hat das in Summe alles zusammenzu einer Steigerung geführtes Dannen.Am 4. Juli 2012 zu dieser Medien Explosion geführt hat.
Tim Pritlove
Das kann ich mir gut vorstellen, man ist ja auch immer so ein Thema in der Wissenschaft,wie kriegt man denn eigentlich auch so die Begeisterung für das Thema mit.Ich merk das ja so ein bisschen als Beobachter von außen,der ich jetzt viel mit Wissenschaftlern aller Couleur spreche,insbesondere halt in der Raumfahrt und wenn man erstmal so spürt wie viel Begeisterungfür das Thema dort einfach ist, wie besessen eigentlich alle davon sind,weil in dem Moment wo man sich das halt wirklich mal genauer anschaut auch klarwird, was das Faszinosum ausmacht.Verständnis des Weltalls, der unglaublichen Weite, die Komplexität in unsererEntstehungsgeschichte und des Seins,dass das ja sozusagen, dass dieser Arbeit ja der Schlüssel zu dieser Erkenntnisist und dass diese Erkenntnis an sich irgendwie einfach eine große Bedeutung hat,weil das ja im Prinzip auch so ein bisschen, sagen wir mal der Plump gesagt,so ein bisschen Sinn und Erläuterung des Lebens und des Seins ist.Andere Leute suchen die Erleuchtung, indem sie meditierend im Wald sitzen undandere versuchen es halt irgendwie Erkenntnisse über Experimente und Theorienzu finden und das ist ja sozusagen das was begeistert,aber nach außen, nachdem eben die erste Hälfte des 20.Jahrhunderts irgendwie diese Begeisterung auch überall hatte, Ichkann mich noch erinnern, wenn man sich so, Reden von Politikern,was hab ich da mal gesehen, Mitterrand, auch so in der Zeit noch, wie, mit wieviel...Anerkennung und Bewunderung wie für diesen wissenschaftlichen Fortschritt auchin der öffentlichen politischen Diskussion mit der Öffentlichkeit gearbeitet wurde.Das hat dann halt einfach später stark nachgelassen und interessante Geschichtenzu erzählen ist heute so ein bisschen glaube ich der Weg und das hier warenes in gewisser Hinsicht so die Unfälle,so dieses irgendwie ja schwarzes Loch die Erde wird verschlungen hö hö hö Sohat sich halt einfach gut gemacht und Unfälle kommen ja sowieso immer gut und ich glaube,dass Europa generell auch immer so eine gewisse Kommunikationsschwäche hat,man sieht das ja auch bei der ESA, die im Vergleich zu den Geschichtenerzählernder NASA, die das einfach immer schön dramatisieren können.Ich sag nur so sieben Minuten des Terrors bei einer Marslandung und so weiter.Einfach ein hervorragendes Framing einer wissenschaftlichen Geschichte.Insofern hat das dazu beigetragen. Aber ich denke, dass jetzt schon das CERNeinfach auch so einen gewissen Kultstatus dadurch jetzt auch erreicht hat undda war dann diese Higgs Geschichte irgendwie, passt da dann irgendwie auf einmal alles zusammen.So die Suche nach der Erkenntnis, 50 Jahre Wahnzündung glaube ich,seit der Theorie oder so, bis man das dann auch wirklich gefunden hat,das ist natürlich dann auch so ein schöner Rundenschluss gewesen.
Manfred Krammer
Dann die unglückliche Bezeichnung Gottesteilchen zu Wirks,natürlich für einen Physiker ein Albtraum ist diese Bezeichnung,aber praktisch in jeder Zeitung, in jedem Medium vorgekommen ist,das hat natürlich dem auch noch einen Auftritt gegeben.
Tim Pritlove
Aber das ist vielleicht ganz gut, greifen wir das doch nochmal auf, Gotteszeichen.Was da im Prinzip so ein bisschen dahinter steht ist, dass sozusagen das Higgs-Bosonund das Higgs-Feld und der Nachweis dessen im Prinzip auch so ein bisschen denSchluss um das Standardmodell der Elementarteilchen dargestellt hat.
Manfred Krammer
Den Schlussstein oder den Beginn von neuen Erkenntnissen,denn das Higgs-Feld und das Higgs-Teilchen ist nicht ein beliebiges weiteres Teilchen oder Feld,von dem wir sehr viele kennen, sondern das Higgs-Feld und Teilchen hat ganzspezielle Eigenschaften, nämlich fast keine.Es hat keine Ladung, keine Richtung. Es ist das einfachste Objekt,das man sich vorstellen kann.Es ist nur ein Feld, das das ganze Universum durchdringt.
Tim Pritlove
Aber das tun ja alle Felder.
Manfred Krammer
Aber mit Richtungen. Mit Richtungen, wie zum Beispiel elektromagnetische Felder,die haben alle Meereigenschaften, Meereparameter.
Tim Pritlove
Das X-Feld hat… Das ist einfach nur da.
Manfred Krammer
Ja, auch das Higgs-Boson, es hat nur Masse. Es hat keine Spiene,es hat keine Ladung. Also es ist das einfachste Teilchen, das man sich vorstellen kann.Weiß jetzt noch nicht, welche Rolle das Higgs-Feld und das Higgs-Teilchen noch spielen kann.Es kann so auch ein, wir nennen es ein Portal, ein Zugang zu der dunklen Materie zum Beispiel sein.Wenn das Higgs auch an die dunkle Materie koppelt, dann kann das unser Zugangsein, um die dunkle Materie zu verstehen.Das Higgs-Feld oder ein Feld mit ähnlichen Eigenschaften wie das Higgs-Feldkann zum Beispiel auch für die Inflation des Universums verantwortlich sein.Das haben wir auch noch nicht verstanden.Warum hat sich kurz nach dem Urknall das Universum inflationär erweitert?Da ist vermutlich auch ein Feld dahinter und das könnte unter Umständen einigeTheoretiker sagen, das ist das Higgs-Feld selbst, das könnte ein ähnliches Feld sein.Also das Higgs-Feld, so sehr es das Standardmodell abgeschlossen hat,kann es auch der Türöffner für neue Erkenntnisse sein.Und deswegen ist es unser Hauptziel jetzt so viel wie möglich über das Higgs herauszufinden.Und vielleicht können wir da jetzt einen kurzen Ausblick wagen,wie kann es am CERN weitergehen.
Tim Pritlove
Genau, darauf würde ich jetzt auch gerne kommen, weil das ist dunkle Materie,dunkle Energie, das hatten wir hier bei Raumzeit natürlich schon sehr sehr oft.Das sind einfach zwei von ein paar ganz elementaren Fragen der Physik,wo man irgendwie weiß, wir beobachten etwas, das nennen wir so,deswegen heißt es ja dunkel, nicht weil irgendwas wirklich dunkel ist,sondern weil man es einfach nicht weiß.So das verhält sich irgendwie wie Materie, man kann quasi die Schwerkraft beider Beobachtung des Weltalls feststellen,aber man kann sie nicht auf die normale klassische baryonische Materie,die uns sonst überall umgibt und von der wir wissen, dass sie eben diese Schwerkrafterzeugt, wir sehen diese Materie nicht.Also entweder gibt es irgendeine andere Materie, deswegen auch dieser Arbeitstiteldunkle Materie oder eben was auch immer anderes, was dann eben eine entsprechendeWirkung hat und vielleicht zu der Schwerkraft dazu kommt oder so oder die irgendwie verstärkt.Und die dunkle Energie, genauso dunkel und unklar,die halt in irgendeiner Form das Universum ja nicht nur zu dieser initialenExpansion getrieben hat, sondern ja auch immer noch weiter dazu beiträgt,dass es sich weiter beschleunigt.Also wir wissen mittlerweile, dass die Beschleunigung noch weiterhin zunimmt,zumindest derzeit noch.Und irgendwann unser Universum so auseinander zerrt, bis wir dann irgendwannkeine Sterne mehr sehen. Dann sind wir zwar nicht mehr hier,aber theoretisch steht das sozusagen auch noch auf der Liste.Das sind zwei Themen, die hier sicherlich auch mit eine Rolle spielen.Und was sind die nächsten großen Ziele noch darüber hinaus?
Manfred Krammer
Aus den Gründen, die ich gerade gesagt habe, dass das Higgs so interessant ist,sind wir uns, und wenn ich uns sage, dann denke ich schon, die Experimentalphysikerund die Theoretiker einig, dass wir eine Maschine brauchen, mit der wir dasHiggs besonders genau untersuchen können.Und mit dem LHC haben wir einen Beschleuniger, der Higgs-Teilchen erzeugen kann,aber er erzeugt sie in einem sehr schmutzigen Umfeld. Wir schießen ja Protonenauf Protonen, die bestehen aus Quarks und Gluonen.Das heißt, bei den Kollisionen selbst ist die Energie der Kollision nicht bestimmt.Das ist der Nachteil und gleichzeitig der große Vorteil eines Hadronbeschleunigers,weil es finden alle Experimente beim ganzen Energiespektrum gleichzeitig statt.Und die Bruchteile des Protons fliegen weiter. Also es ist eine sehr schwierige Umgebung.Hingegen hätte man einen Elektron-Positron-Kollider, wie der Vorgänger des LHC war,nur bei höheren Energien, dann kann man die Elektron-Positronen,das punktförmige Teilchen, Sie erinnern sich, so die Energie so einstellen,dass Higgs-Bosonen mit viel höherer Wahrscheinlichkeit erzeugt werden und auchbei genau definierten Energien in einer sehr klaren Experimentierumgebung Undmit einer solchen Maschine,wir nennen diese Maschine, an der wir derzeit planen und eine Machbarkeitsstudie machen,den FCCEE, Future Circular Collider Elektron,damit könnten wir Higgs-Boson extrem genau untersuchen und vielleicht Hinweiseauf die eine oder andere Frage, die ich vorher aufgeworfen habe,oder die Sie jetzt aufgeworfen haben, finden.
Tim Pritlove
Das ist dann sozusagen das, was nach dem LHC kommen könnte.
Manfred Krammer
Das könnte nach dem LHC kommen. In der Planung,in der Machbarkeitsstudie, die wir derzeit machen,würde das einen neuen Ring bedeuten, mit knapp über 90 Kilometer Umfang,in dem wir eine solche Elektron-Positron, also wir würden Elektronen auf Positronen schießen,als Higgs-Factory, das wäre eine Higgs-Factory, Und in dem gleichen Tunnel könnteman dann, 15 Jahre später, einen noch größeren Hadron Collider einbauen,der dann zu viel höher in Energien kommt.Ähnlich wie wir es am CERN schon einmal gemacht haben. Ich habe die Maschine,den Large Electron Positron Collider, noch nicht erwähnt.Das war die Maschine, die in dem gleichen Tunnel, in dem jetzt der LHC ist,installiert war und mit dem man Präzisionsmessungen der Z- und W-Bosonen durchführen konnte.
Tim Pritlove
Wir haben ja zum LHC jetzt noch gar nicht so viele Daten gesagt,aber das ist ja in dieser Kaskade der Beschleunigerringe, die hier gebaut wurden, der bisher größte.Und wenn man halt einmal durch die ganze Röhre durchfährt, dann hat man irgendwieungefähr 27 Kilometer zurückgelegt.Das sind glaube ich so knapp vier Kilometer im Durchmesser.Das liegt hier unterhalb dieses Geländes, an dem wir uns jetzt auch gerade befinden,teilweise in Frankreich, teilweise in der Schweiz.Wenn man jetzt diesen FCCE bauen würde mit 100 Kilometer Durchmesser,etwas mehr als 90, nicht Durchmesser, Entschuldigung, Umfang,genau, dann müsste man...Weiter graben. Und wie tief ist der LHC?
Manfred Krammer
In etwa 100 Meter unter der Erde.
Tim Pritlove
Und wie tief wäre dann der Nachfolger? Wäre der noch tiefer?
Manfred Krammer
Der wäre etwas tiefer, aber es hängt natürlich von der Oberflächentopologie ab.Der Grund für die Tiefe ist nicht,dass man tief bauen muss, damit keine Radioaktivität austritt oder sonst irgendwas,sondern damit man in einer bevorzugten Geologie den Tunnel baut,sogenannte Molasse, die sich leicht bohren lässt.Das ist der Grund für die Tiefe der Tunnel.
Tim Pritlove
Dass man sich hier nicht durch den Granit fressen muss oder so,gibt es ja hier auch eine ganze Menge.
Manfred Krammer
Das ist zum Beispiel Teil der Feasibility Study, dass man eine Platzierung desTunnels findet, wo sich der Tunnel relativ günstig und mit geringem Risiko realisieren lässt.
Tim Pritlove
Ja, aber das wird noch ein bisschen dauern, glaube ich.
Manfred Krammer
Momentan planen wir den LHC noch einmal kräftig aufzurüsten.Wir nennen ihn dann den Heilume-LHC. Das passiert jetzt schon und wird dannim Jahr 2028 abgeschlossen sein und 2029 beginnt dann diese zweite Phase vomLHC mit deutlich höherer Intensität.Parallel dazu müssen wir natürlich auch die Experimente umbauen,damit sie diese höhere Intensität verarbeiten können. Wir bauen dann neue,bessere Experimente ein, Detektoren ein und dieser verbesserte LHC soll dannbis etwa 2040-21 laufen.Parallel dazu könnte man mit den Vorbereitungsarbeiten für den FCC beginnen.
Tim Pritlove
Und? Wird das was? Kostet eine Menge Geld, ne? Nehme ich mal an.
Manfred Krammer
Die Forschung ist natürlich nicht billig. Andererseits ist eine Forschung,an der alle Länder, die diese Forschung betreiben, mit zahlen.Mit beitragen und mit zahlen.Also so gesehen ist es eine sehreffiziente Art und Weise, diesen Forschungsbereich weiter zu betreiben.
Tim Pritlove
Ja, ich denke, das ist der Vorteil dieses Standorts, dass hier man einfach auchwirklich zusammenarbeitet.Ich meine es gibt viel Forschung, die sehr national angelegt ist.Gibt es überhaupt einen vergleichbaren internationalen Ort zum Zernen,wo in ähnlicher Dimension gearbeitet wird? Mir würde da jetzt erstmal so,abgesehen von der Raumfahrt, so nichts einfallen.
Manfred Krammer
Naja, in dem Ausmaß, was die Internationalität anlangt, wahrscheinlich nicht.Aber in anderen Forschungsbereichen wird schon sehr breit international zusammengearbeitet.Zu erwähnen wäre vielleicht die Forschung der Gravitationswellen.Auch hier waren die Resultate nur möglich, weil viele Nationen gemeinsam gearbeitethaben und über Jahrzehnte das Projekt vorangetrieben haben.Also es gibt schon Deutschland, USA, Italien und Japan.
Tim Pritlove
Das ist richtig. Und man sieht es natürlich auch,wie schon erwähnt, in der Raumfahrt, wo halt die ESA ja im Prinzip ähnlich auchwie auch die ESO schon immer eine sehr internationale und auch schon längstnicht mehr so europäisch, nur europäische Organisation ist.Trotzdem ist das Zernen schon noch eine Besonderheit, oder? In den wissenschaftlichenOrganisationen, so wie es aufgestellt ist.
Manfred Krammer
Ja, sicher. Und ich glaube, der Grund ist die Konvention, die eben in den 50erJahren geschrieben wurde, die erstaunlicherweise noch so aktuell ist,dass sie praktisch nicht geändert wird.Also die Statuten des Zerns? Genau. Eine Änderung wäre jetzt auch wahrscheinlichfast unmöglich durchzuführen, wenn Sie eine Änderung durch 21 Parlamente inEuropa bringen müssten.Die Personen, die diese Statuten damals, die Konvention geschrieben haben,die waren schon sehr sehr vorausschauend und weitsichtig.
Tim Pritlove
Was ist so die Essenz dieser Statuten, die es so besonders machen?
Manfred Krammer
Die Offenheit der ZERN-Forschung,die Offenheit auch gegenüber anderen Nationen, Standorten, denn zum Beispielder ZERN wurde ursprünglich am Standort Schweiz gegründet.Der Übergang zu einer Anlage, die dann auch in Frankreich sich befindet undwir haben auch ein ZERN-Gelände in Frankreich, wurde von den Statuten nicht ausgeschlossen.Der CERN ist mittlerweile seit kurzem auch an Experimenten beteiligt,die in den USA stattfinden.Auch das ermöglicht die Konvention.Also ja, ich glaube, die wurde damals wirklich sehr weitsichtig verfasst.
Tim Pritlove
Immerhin hat sie zu all diesen Erfolgen geführt und wenn man sich den Standort heute anschaut,live und kicking, ein Ein riesiges Gelände, mit der Straßenbahn hier hingefahren,die Straßenbahn war so voll, wie viele Stationen wird's wohl dauern,bis sie dann mal leer ist und wieder Sitzplätze gibt.Aber es blieb voll und alle wollten dann halt dort zum Zerren.Und zwar ein diverses Publikum, ein sehr internationales Flair,was man schon in der Straßenbahn spürt und das ist hier so ein bisschen derHauch, der hier durch die Flure weht.Ja, Herr Krammer, ich würde sagen an der Stelle machen wir mal ein Schlussgesprächüber den ersten Überblick hier über das CERN. Vielen Dank für die Ausführung.
Manfred Krammer
Ja, gern geschehen, hat mich sehr gefreut.
Tim Pritlove
Ja und ich kann nur sagen, vielen Dank fürs Zuhören hier bei Raumzeit,das war jetzt wie gesagt unser erster Blick ins Zern und wir werden uns jetzt die anderen Teile,die hier noch eine große Rolle spielen, Sendung für Sendung näher anschauen.Um so ein bisschen dahinter zu kommen, was hier alles gemacht wird.Ja, bis dann, sage ich Tschüss und bis bald.

Shownotes

RZ110 Grenzen des menschlichen Körpers

Die Physiologie des Mensch in extremen Situationen

Der Mensch ist eine Erfolgsgeschichte der Evolution und hat bewiesen, dass er sich an die unterschiedlichsten Extrembedingungen gut anpassen kann. Trotzdem gibt es Grenzen, die schlicht durch die Biologie vorgegeben werden und mit denen man sich arrangieren muss, wenn man den Körper unter hohe Belastung stellt.

Was sind die Gründe für diese Beschränkungen und unter welchen Bedingungen können diese Grenzen ausgeweitet oder durch Technologie überwunden werden? Die Beschränkungen auf der Erde sind dann im Weltraum noch einmal deutlich kniffliger und müssen bei Astronauten im Orbit und bei künftigen Mondmissionen bedacht werden.

Dauer:
Aufnahme:

Hanns-Christian Gunga
Hanns-Christian Gunga

Hanns-Christian Gunga, Hochschullehrer für Weltraummedizin und extreme Umwelten am Zentrum für Weltraummedizin an der Charité Berlin, erläutert die Auswirkungen von Temperatur, Nahrungsentzug und Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper und warum wir in bestimmten Bereichen so schnell an unsere Grenzen stossen.


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 anderekosmische Angelegenheiten.Mein Name ist Tim Pridlaff und ich begrüße alle zur 110.Ausgabe von Raumzeit.Und heute haben wir wieder mal ein interessantes Themenfeld im Auge und zwargeht es um die Medizin oder genauer es geht um den menschlichen Körper,der spielt ja auch in der Raumfahrt eine große Rolle.Und dafür begrüße ich meinen Gesprächspartner, Hans-Christian Gunga. Schönen guten Tag.
Hanns-Christian Gunga
Schönen guten Tag.
Tim Pritlove
Herr Gunga, ja, Sie sind schon lange dabei, sag ich mal, und sind schon einigesgewesen. Da sprechen wir auch gleich mal drüber.Vor allem aber auch Lehrer für Weltraummedizin und extreme Umwelten.Mit anderen Worten, die haben sich ganz intensiv mit dem menschlichen Körperbeschäftigt und tun das auch heute noch? Oder?
Hanns-Christian Gunga
Immer noch.
Tim Pritlove
Immer noch. Lässt man dann auch nicht so richtig sein.
Hanns-Christian Gunga
Es gibt genug andere extreme Umwelten, die einen immer noch überraschen.
Tim Pritlove
Ja, das stimmt. Podcast zum Beispiel ist auch sehr extrem.Genau und über die Grenzen des menschlichen Körpers möchten wir heute mal so ein bisschen sprechen.Aber fangen wir doch mal einfach mit Ihnen an. Wie fing es denn an?War Medizin schon immer Ihr Ding?
Hanns-Christian Gunga
Nee eigentlich nicht. Es war eher das Interesse daran, wie sich das Leben aufdiesem Planeten entwickelt hat. Also Leben im Prinzip.
Tim Pritlove
Ja, da wird man Biologe eigentlich in der Regel.
Hanns-Christian Gunga
Genau, das bin ich ja auch zusätzlich. Zur Medizin, ich habe ein sehr großesSchwein gehabt, dass ich Eltern gehabt habe.Die haben allen dreien, also ich habe einen älteren Bruder und eine jüngere Schwester.Und wir haben von zu Hause gesagt, ihr habt jeder 20 Semester,die ihr studieren könnt.Was ihr dann macht, ist eure Sache, bringt nur ein Examen her.Das ist ein gewisser Luxus. 20, da träumen einige von heutzutage.Diese Vorgabe war verbunden mit einer Verpflichtung, dass man das,was man da macht, ernst nimmt, aber das ist natürlich schon sehr großzügig.Und so haben wir das auch alle drei benutzt. Jeder hat von uns zwei Studiengänge gemacht.Ich habe halt Geologie und dann später hinzu Humanmedizin studiert.Mein Bruder hat Theologie studiert. Ich komme aus einem evangelischen Pfarrhaus in Westfalen.Und meine Schwester hat Psychologie und Theologie studiert.Ich bin ja mit der Geologie so ein bisschen dazwischen.
Tim Pritlove
Geologie, ok das ist ja interessant. Wenn man so auf der Suche nach dem Verständnisdes menschlichen Seins ist, spielt das ja auch eine große Rolle.
Hanns-Christian Gunga
Ja, das ist ein interessanter Einstieg den sie machen, aber es ist eigentlich sehr viel basaler. dann,Wie gesagt ich komme aus Westfalen, so einem klitzekleinen Kaff,das also auf den Landkarten kaum verzeichnet ist, man musste irgendwas haben,was einen daraus herausbringt.Das war immer mein Gefühl und da ist die Geologie oder ganz speziell natürlich die,wenn es ums vergangene Leben geht, die Paläontologie, Die hat mich eigentlichrichtig interessiert, also man muss Geologie und Paläontologie im Prinzip,wenn man Paläontologie studiert, muss man Geologie auch studieren.Aber mich interessiert insbesondere immer diese Entwicklungsgeschichte des Lebensund tatsächlich diese Möglichkeit auch aus dem engen Pfarrhaushaus ein bisschenauszuflüchten und sich dann irgendwo in Steinbrüchen herumzutreiben und so einbisschen sein eigenes Leben führen zu können.Denn in der Regel hatte nicht so jemand Lust da mit rumzukrauchen am Wochenendeda in irgendwelchen kalkieren Steinbrüchen.Also das war so ein bisschen auch ein Fluchtpunkt im Nachhinein wäre das einem eher klar.
Tim Pritlove
Ja in der Geologie steckt die Zeit Raumzeit 75 hier hat er auch diesen schönenTitel geologische Zeit wo ich mich mit Karl Urwein mal so über diese,Weltenaufzeichnung, Geologie,unterhalten habe, was man halt sozusagen überhaupt der Erde alles so ablesenkann, wie sich Leben entwickelt hat, wie sich die Welt, die Erde entwickelthat, was man daraus natürlich auch an kosmischen Zusammenhängen ablesen kann.Ja, Paläontologie, das heißt mussten auch Dinosaurier untersucht werden, gehört ja dazu.
Hanns-Christian Gunga
Ja, aber da muss ich ganz ehrlich sagen, als ich dann das Paläontologiestudiummachte, was mir dann ein bisschen gegen den Strich ging, Das sieht er wirklich, wenn man damit ...Mit den Lehrern oder Fachkollegen, die da einen unterrichtet haben,gesehen hat, die sind dann so spezialisiert auf irgendeinen Knochen,den sie bis ins Letzte genau hin beschreiben, also mich hat immer eher die Funktiondieses Knochen interessiert, als der Knochen an sich, sondern wie funktioniereneigentlich diese Tiere.Aber das konnte man also damals, das ist jetzt auch schon 40 Jahre her oderso, das war ein bisschen schwierig.Da haben sich schon einige Szenen ausgebissen an dem Thema.Aber da war ich irgendwie, da stockte dann so ein bisschen das Interesse undda hab ich gedacht okay, da hat sich auch noch die Möglichkeit gegeben,dass ich dann einen Medizinplatz bekam.
Tim Pritlove
Hatten sie sich nicht irgendwie gerade explizit mit der Größe der Dinosaurier beschäftigt?
Hanns-Christian Gunga
Ja das hab ich dann gemacht, aber aus dem Blickwinkel nachher des Mediziners oder des Physiologen.
Tim Pritlove
Das war noch vor Jurassic Park, danach wurde es ja total sexy.
Hanns-Christian Gunga
Das kam dann dazu, dass dieses Thema auf einmal so wahnsinnig virulent wurdeund wenn man voranfragen,wie denn eigentlich so ein Saurier gelebt hat oder was der gegessen hat undso weiter, das waren dann alles Fragen, die waren dann auf einmal ziemlich wichtig für viele Leute.
Tim Pritlove
Warum auch immer.
Hanns-Christian Gunga
In dem Augenblick kam das Thema auf und dann haben wir eine Forschergruppe gebildetmit Hilfe der deutschen Forschungsgemeinschaft.Und dann nachher, aus meiner Sicht nur 2, 3 die sich beschäftigen,nachher 30 Leute, die sich da um den Saurier auch zum Beispiel im Naturkundemuseum.
Tim Pritlove
Aber es ist ja auch faszinierend, also ich glaube...Was macht die Faszination von den Sauriern aus für die Menschen?Ich meine das ist auf der einen Seite eben diese Größe, weil irgendwas was größerist es wirkt ja dann erstmal per se mächtiger und man stelle sich vor hier würdenüberall so 30 Meter lange Viecher durch die Gegend stampfen,wäre schon ein bisschen beunruhigend.Andererseits beherrschten sie sozusagen ihr Ökosystem, aber dann ist halt auchdieser Fatalismus mit von heute auf morgen war es dann vorbei,dann kam irgendwie der Komet und das war es.Also ich denke da steckt eine ganze Menge drin, auch so an eigenen Ängsten,die Menschen vielleicht so vor sich her schieben.
Hanns-Christian Gunga
Und auch einfach eine Faszination, dass man sich eine Welt vorstellen muss oderauch die rekonstruieren muss, in der die gelebt haben, das ist ja eigentlichwie so ein Theaterstück, das wir entwickeln.Da muss man sehen, okay der muss auch was zu fressen haben, was hat der eigentlichgefressen, da sieht man die konnten eigentlich gar nicht viel fressen,denn die hatten nur ein geringes Menü, da muss man überlegen,wie viel müssen sie davon fressen.Also dann hat man eine ganze Reihe von Fragestellen, die sich wie so kriminalistischherangehen muss, um herauszukriegen, kann man das mit heutigen Methoden rekonstruieren.Und dann kommt dazu, dass da ganz ulkige Sachen passieren.Ich erinnere mich zum Beispiel an eine Situation, wo ich dem Hahn-Meitner-Institut,das ist hier eigentlich so ein Institut gewesen, das sich mit Radionukloidenbeschäftigt, also Zerfallsprodukten vom Uran.Die riefen mich auf einmal an, ich hatte gesagt, sie sollten mal analysieren,woraus diese Bestandteile dieser Knochen da eigentlich bestehen,was das jetzt ist. Das ist ja nicht mehr die eigentliche Knochensubstanz,man sieht zwar, wie der Knochen aufgewacht ist, aber das sind andere Mineralien.Riefen im Nachmittag, wo haben sie den Knochen denn her?Deutlich hat der zu viel Uran, 236 oder so etwas.Offensichtlich war dieser Saurier, der war da irgendwie in einem Delta,ist der verstorben und in der Gänge muss irgendwo eine größere Uran Ablagerunggewesen sein und dieses ganze Uran hat sich dann in diese Knochen da eingebildetund wenn man da mit dem Geigerzähler dran ist,dann tickert das Ding. Das Ding lag im Erkundungsmuseum.Solche Überraschungen kann man dann auch erleben. Und daraus ergeben sich dannwieder so Bilder von Landschaften,wie muss das gewesen sein, damit so etwas überhaupt zustande kommt,wo muss was abgetragen werden, also diese ganzen Veränderungen,die die Welt erfährt, das ist eigentlich großartig.
Tim Pritlove
Das ist mir so gegangen, die Tatsache, dass so diese schweren Dinger fliegen konnten.
Hanns-Christian Gunga
Ja, das ist mir bis heute nicht klar.Den einigen von denen, dieser Pteranodon, der hat eine Spannbreite von 14 Meter und 16 Meter,wenn sie den Körper angucken, wie man da eine Lunge reinkriegt,wie man da ein Herz reinkriegt, wie man da eine vernünftige Durchblutung,ich meine natürlich segeln können die aber, die müssen erstmal in die Luft kommen.Und ehrlich gesagt, das ist mir zum Beispiel noch nicht klar und ich hatte schonmal mit einem Kollegen, ontologisch, wo man da mal eine Arbeit schreibt,wo man sagt, okay, wie haben die das gelöst?Ja, denn ich meine das kostet erstmal viel Kraft den Auftritt zu bekommen,nachher wenn sie segeln, ja, aber irgendwann müssen sie auch runter,müssen irgendwann was trinken oder so, aber da kommen ein ganzer Sack Fragenhinterher, wenn man sich mit dem Leben beschäftigt, wieso das so möglich ist.
Tim Pritlove
Auch weil die Luft dicker ist also es war die die Luft war ja anders und dassdas ist Natürlich hat sich im Laufe der Jahrmilliarden unsere Erde verändert,aber was zum Beispiel Sauerstoffanteil angeht.
Hanns-Christian Gunga
Ungefähr, wenn ich mich recht erinnere, nach dem Karbon. Im Karbonzeitalterhatten wir eine höhere Sauerstoffkonzentration aufgrund der starken Vegetation.Aber danach, die letzten zwei, dreihundert Millionen Jahre,ist die Zusammensetzung der Atmosphäre nach den Erkenntnissen aus verschiedenenMikroorganismen, wo man weiß, wenn dieses Isotop da eingelagert wird,dann ist da so und so viel Sauerstoff da, ist das gleich geblieben.Wir haben 21% Sauerstoff seit mehreren Millimetern.
Tim Pritlove
Und in der Phase haben die angefangen zu fliegen?
Hanns-Christian Gunga
Ja, ja. Aber ich dachte das ist schon vorher gemacht worden.Ne, ne, ne. Also die Luftzusammensetzung, der Luftdruck insofern,der war im Prinzip über diese Spanngeleitung.Das macht es uns natürlich in der Rekonstruktion auch leichter,wenn wir nämlich andere Sauerstoffkonzentrationen zum Beispiel annehmen,da haben sie ganz andere Schwierigkeiten als Physiologe jetzt etwas zu rekonstruieren.Aber das in der Periode wo die Saurier gelebt haben, waren also die heutigen Verhältnisse.
Tim Pritlove
Okay da bin ich falsch informiert.Okay, so aber dabei ist es dann nicht geblieben mit der Geologie und der Paläontologie,sondern die Medizin kam noch dazu einfach um sich jetzt noch tiefer rein zu nerven.
Hanns-Christian Gunga
Wie gesagt, das eine ist immer sehr beschreibend gewesen in der Paleontologie,dass man Knochen gefunden hat, jetzt konnte man sozusagen, tatsächlich versteht man die Abläufe.Physiologie beschreibt die Lebensprozesse. Was muss da sein,damit ein Organismus lebt?Was zeichnet den eigentlich aus? Und dann sind natürlich solche Objekte wieso ein riesiger Saurier oder Wale oder Tiere,die in irgendwelchen extremen Umwelten leben, besonders interessante Beispiele,weil man an denen sozusagen austesten kann, wo liegt der Knackpunkt eigentlich des Organismus.Ist jetzt der Sauerstoffbedarf, den ich habe, wenn ich in die Höhe gehe, nimmt der ab?Dann habe ich weniger Sauerstoff in der Atmosphäre, dann habe ich da ein Problemmit dem Sauerstofftransport.Oder gehe ich in die Tiefe, dann habe ich eine Veränderung mit dem Wasserdruck,der da herrscht. Und diese Fragenzeigen dann auf, wo ist eigentlich das schwächste Glied in der Kette?Warum jetzt zum Beispiel ein Organismus hier und dort nicht sich aufhalten kann.Und das hat mich dann besonders interessiert, weil man da herauskriegen kann,wie funktioniert das Leben eigentlich.Also diese Grenzobjekte nennen wir sie mal, wenn man die studiert,dann kommt man der Sache schon auf die eine oder andere Weise näher. und.
Tim Pritlove
Das war dann so in den 80ern, ne, ihr Studium ungefähr.
Hanns-Christian Gunga
Ich hatte dann noch, eine Zeit lang habe ich beides zusammen gemacht,habe ich studiert, also Medizin und habe gleichzeitig die Rückseite des Mondesuntersucht, das sind auch nicht viele Leute mit denen man sich da unterhalten kann.Da ist aber eine interessante Arbeit raus geworden,die jetzt tatsächlich vor den letzten zwei, drei Jahren haben sich diese Ergebnisse,die damals theoretisch abgeleitet haben, nach jetzigem Stand bestätigt haben,dass der Mond also langsam schrumpft und dabei kommt es dann zu Verwerfungenund diese Verwerfungen an der Oberfläche, die habe ich damals untersucht.Aber wie gesagt da konnte man sich weltweit mit fünf Leuten vielleicht unterhalten,da wird es auch ein bisschen einsam dann, als Wissenschaftler.Ok, die meisten zieht es ja dann immer in die Tinten. Wenn sie dann ein Datehaben oder so etwas und sie sagen ok ich habe aber schon Rückseite zum Mond, das ist schränkend.Da findet man die wirklich interessanten Menschen dann, muss man ein bisschen durchhalten.Aber dann kam der Mensch in extremen Umwelten in den Fokus und da war der Ausgangspunkttatsächlich die Raumfahrt.Auf der einen Seite hatte ich diese Affinität zur Raumfahrt durch diese Geschichtemit der Planetologie, also die zwei Jahre die ich da gearbeitet hatte in demplanetologischen Institut und mich mit der Rückseite des Mondes beschäftigte.Und auf der anderen Seite waren dann die Astronauten, die gerade damals in Deutschland,das war am Beginn der Shuttle Missionen, und da war Berlin natürlich ganz vorneweg, weil hier gab es den Professor Kirsch, der bei den ersten Missionen dabei war.Also einer der sozusagen der Gründungsväter der Weltraummedizin hier in Berlin.Bei dem bin ich auch gelandet, hab bei dem bearbeitet, hab bei dem die Promotiongeschrieben und tatsächlich nachher wurde ich auf den dann zu gründen.
Tim Pritlove
Professur berufen. Aber extreme, also ich richtig verstehe,weil ihr Interesse eigentlich davon geleitet, sozusagen den Menschen im Extremzu beobachten, um daraus Rückschlüsse zu ziehen, über was macht denn jetzt sozusageneigentlich den Körper aus.Ich meine auf der anderen Seite hat man ja, Diesen Gegeneffekt,wenn man irgendwie gar nichts mehr macht und nur noch rumliegt und so weiter,dann bildet sich halt alles zurück in dem Moment,wo man ja extrem dann ausgesetzt ist, also besondere Leistungen vollbringenmuss, an den Grenzen eben arbeitet, dann macht der Körper dann auch wiederum Schritte dahin.Die Evolution findet dann im Kleinen auch sehr schnell statt.
Hanns-Christian Gunga
Ja, aber da ist, wenn wir hier bei Ihrem Thema Raum und Zeit nehmen,ist es natürlich so, dass tatsächlich, wenn ich jetzt eine Veränderung habe,die relativ zum Beispiel, nehmen wir den Extremfall die Schwerelosigkeit.Ich meine, wenn Sie in der Raumfahrt jemanden untersuchen, dann haben Sie dieGelegenheit sozusagen den Körper in eine völlig neue Umwelt zu bringen.Und dann schauen sie sich an, wie erstmal der Gesamtorganismus,aber auch dann Organe, Organsysteme, Zellen, wie die darauf reagieren.Und das machen die sehr in unterschiedlich schneller Weise, also manche neuronalenVeränderungen sind sehr rasch, andere mit dem Knochen oder Muskeln,die brauchen Tage, Wochen.Und diese unterschiedlichen Zeitgänge sind natürlich hochinteressant zu sehen,wo greift die Gravitation sozusagen in den Bauplan eines Organismus ein,da sind wir wieder beim Saurer.Ich meine so ein Ding zu konstruieren, die Schwerkraft war damals genauso da,das ist eine komplizierte Geschichte.Also da müssen sie sehr viel an Struktur aufbauen, damit sie so ein 60,70, 80 Tonnen Geschöpf auf der Erde herumlaufen lassen können.Im Wasser sieht das wieder ein bisschen anders aus, da hat man Auftrieb,aber an Land ist das schon eine ziemlich komplexe Angelegenheit.Und der Astronaut hat mit dem anderen Teil zu tun. Es ist ja so,wenn die in die Schwerlose gekommen ist, so als wenn wir hier in diesem Raumjetzt gerade das Licht ausschalten.Das geht ja so zack und schon geht es los,schon tickt die Uhr und natürlich das wirklich faszinierende ist,dass das Leben so konstruiert ist, dass es sich, obwohl es diesen Zustand nunwirklich nicht gehabt hat, außer sagen wir mal die neun Monate,die man vielleicht im Fruchtwasser da rumschwimmt, die Zeit,die ist hier auf der Erde, 10, 20, 30, 40,50 Jahre und dann machen sie das einfach weg und dann sehen sie,wie der Körper sich da anpasst.Das finde ich, ist eine ultimative Gelegenheit für einen Physiologen oder Mediziner,sowas mal zu untersuchen zu können. Das konnte keiner vorher,bevor wir die Raumfahrt...Sie können nicht hier Schwerelosigkeit auf der Erde erzeugen,im Parabel fliegen, 20 Sekunden.Ja, 21. Kommt auf die Parabel, die sind auch 30. Ich hatte die Gelegenheit schon mal.
Tim Pritlove
Das ist wirklich ein sehr...
Hanns-Christian Gunga
Wer es beim bekommt ist gut.
Tim Pritlove
Ja da hab ich Glück gehabt, jemand anderes nicht so viel gegabt.
Hanns-Christian Gunga
Andere werden da schön grün im Gesicht.
Tim Pritlove
Das ist wirklich sehr interessant, wenn es so von einem Moment wirklich aufden anderen alles anders ist.
Hanns-Christian Gunga
Man auch die Welt eben anders dann zum Teil auch wahrnimmt,was auch Gravitations, wir denken mal so in der Vertikalen,wie dann auf einmal so komplexe, natürlich unser Gehirn und unsere Strukturensind darauf angelegt, dass wir so einen klaren Schwerkraftvektor haben,aber wenn der auf einmal wegfällt, ist es wirklich hochinteressant zu sehen.Wie lange dauert das? Die Astronauten haben gerade mit der Raumkrankheit zu70% damit zu tun die ersten 5-6 Tage.Also auch so einen kurzen Aufenthalt im All, das kann auch tatsächlich starkin die Hose gehen, wenn es einem übel ist.
Tim Pritlove
Muss man auf jeden Fall gut drauf vorbereitet sein. Was ich faszinierend fand,das bestätigt was sie sagen, war also in dem Moment wo die Schwerkraft für michgefühlt wegfiel, aber ich fiel ja sozusagen genauso schnell wie sie normalerweisemich nach unten zieht, von daher hab ich sie nicht mehr bemerkt.Und dann war ich mit nichts mehr in Verbindung und das erste was mir aufgefallen ist so,ah, ich verliere die vollständige Kontrolle über meine Bewegung,ich konnte mich an nichts abstoßen, ich hätte mich theoretisch durch die Luftschwimmen können oder so, das war's dann aber auch, und dieser Verlust,dieser Kontrollverlust an der Stelle war dann wirklich so der erste Aha.Und man kann sich das zwar irgendwie vorher versuchen klarzumachen oder so,aber es ist dann doch nochmal ein bisschen anders, wenn es dann auch wirklich soweit ist.
Hanns-Christian Gunga
Das interessante daran ist, genau das was sie beschreiben, ist die Tatsache,dass der Körper dauernd nach Informationen sucht, sich zu orientieren.Er sucht danach, er hat hunderte von Millionen Rezeptoren,zum Beispiel was Druck angeht, wo ich hier jetzt sitze, wo mein Körper irgendwo,das sind dauernd Informationen die fließen ein um meine Kontrolle über den Raum zu machen.Zu haben wie ich mich da bewege aber in dem Augenblick wo ich eben die schwerelosgekommen und dann wirklich da im Schwebe dann passiert genau das jetzt suchtmein System händeringend,was ist das Wort danach irgendwo in Kontakt damit ich damit ihren Informationendarüber kriege wie bin ich jetzt eigentlich hier in dem Raum sortiert.
Tim Pritlove
Und wenn man die nicht kriegt wird's schwierig. ÄhnlichenEffekt hat man wenn man in so einen vollständig schallbefreiten Raum geht'sgibt so was im Bereich der Audio Technik wo man dann so extrem alles isoliertdas also überhaupt kein Hall mehr da ist und in so einen Raum rein zu gehenist sowas von beklemmend.Schmerz würde jetzt zu weit gehen, aber es ist halt sowas.
Hanns-Christian Gunga
Das ist schon eine Art von Folter, also wenn man das länger macht,das ist ja leider Gottes, der Mensch kriegt dann immer auf die skurrilsten Ideen,aber das ist ein Teil einer Folter, wenn ich Menschen in solche Isolationenbringe, die eben akustisch, lichtmäßig, in jeglicher Hinsicht deren Außenkontakt verliere.Auf der einen Seite, manchmal sucht man das,man möchte gerne isoliert sein von allem, aber auf der anderen Seite,das halten wir nicht lange durch, wir brauchen diese Inputs von außen und diese,wir nennen das ja dann auch Deprivation, Dieser Entzug von Informationen ist für uns.Sehr verstörend und wenn das dann über stunden geht und die raumfahrer in derraumfahrt geschichte in der raumfahrt medizin waren gerade solche versuche insolchen kammern oder auch in wasserbädern die mit salz gefüllt haben wo man dann so schön,Da hat man die mehrere Stunden in diesem, wer darf,heute wird das angeboten für 50 oder 100 Euro, ich weiß nicht,hier gibt es auch so ein paar Dinger, um sich dann zu entspannen,ja gut, okay, entspannen, aberwenn das zu lang geht, dann will der Körper wissen, woran er Kontakt hat.Eigentlich für das ja allein sein ist was anderes als sich einsam fühlen dassind auch zwei verschiedene das eine mag mal ganz nett sein mit sich selberaber sich einsam fühlen ist dann schon da beginnt schon der Schmerzcharakter.Sehr interessantes sehr interessantes psychophysiologisches Thema.
Tim Pritlove
Der Mensch als Sensor Netzwerk. Man kommt sich vor wie so ein Krake mit einer Million Arme.
Hanns-Christian Gunga
Ja eine Informationskrake die sich dauernd darüber informieren muss was ist hier eigentlich los.
Tim Pritlove
Und so ja das ist dann wahrscheinlich auch die Triebfeder von von Evolution und die Triebfeder von.
Hanns-Christian Gunga
Ohne dass ich diese Information kriege, kann ich auch kein Leben gestalten,zielgerichtet jedenfalls nicht, also dafür haben wir dann ein paar MilliardenJahre gebraucht, um das alles zu entwickeln, was da drin ist.
Tim Pritlove
Der Weg hat sich ja dann irgendwann an die Charité geführt, wann kam das dann dazu?
Hanns-Christian Gunga
Das kam an die Charité selber, ich war ja vorher an der Freien Universität Berlinin Dahlem, in der Arnim-Allee, im Physiologischen Institut.Dann wurde, nachdem Wovereit beschlossen hatte, dass da die Medizin hier neugeortet werden soll, Da kam die Zusammenlegung der...Es gab zwei Fakultäten, eine in der Humboldt-Universität und eine in der Freien Universität.Und die wurden dann zusammengenommen und die haben dann 2003,2004 das Dach der Charité bekommen.Deswegen hat auch die Charité als Universität zwei Köpfe. Sie haben sowohl denPräsidenten von der Humboldt-Universität wie von der Freien Universität.Das ist ein sehr eigenwilliges Konstrukt, das ist ja keine medizinische Hochschule,sondern sie ist, das war, was ich sehr gut finde,ich finde reine medizinische Hochschulen nicht gut,also ich finde die Anbildung an die Universität finde ich sehr gut,weil man da immer neue Inputs auch aus Fachgebieten bekommt,die jetzt nicht direkt etwas mit der Medizin vielleicht zu tun haben,aber doch irgendwie vielleicht eine Rolle spielen könnten, alsoIch bin ein größerer Befürworter von Studien, die eben auch mal den eigenen Horizont verlassen.Da vielleicht ist es dann leichter, als wenn man in der medizinischen Hochschulenur mit Medizin und deren Folgen zu tun hat.Also diese Zusammenlegung. Und dann wurde eben diese,wurde eine zunächst Stiftungsprofessur geschaffen,für Weltraummedizin und Extremumwelten,wirklich ein Unikat in der sogar europäischen Hochschullandschaft,nicht nur in der deutschen und da haben sich dann mehrere Personen drauf beworbenund ich habe dann nachher den Zuschlag bekommen.Und nach den fünf Jahren, das war sozusagen, da war diese Stifter,die das Geld zur Verfügung gestellt haben, also damals EADS,ein Raumfahrtkonzern, dann waren es private Stifter, dann war es die jüdischenÄrzte in Deutschland, und ein Vertreter von denen, der was mitgegeben hat.Also es war so aus mehreren Teilen auch interessant, eine Stiftung,die mehrere Mittelgeber hatte, und glücklicherweise hatten sie auch die richtigenRechtsanwälte, um dann mit den Universitäten zu verhandeln, damit man danach,Ich nach den fünf Jahren sagte, okay das war ja nett, sie haben das alles bezahlt,aber jetzt schauen sie mal wie es draußen aussieht.Da wurde da so eine Stellhülle gefunden, okay die Professur,wenn der fünf Jahre rum ist und stellt keine Dummheiten an, dann geht das über in einer Stellnummer.
Tim Pritlove
Wie groß ist das Institut, wie viele Leute sind da so unterwegs?
Hanns-Christian Gunga
In dem ganzen Physiologischen Institut sind wir glaube ich 70 Personen,da ist aber auch sehr viel technisches Personal, da sind andere dabei.Unsere Arbeitsgruppe sind jetzt acht Leute, die mir speziell zugeteilt sind.Wir haben ja die normale Ausbildung für die Mediziner auch, also wir beschäftigenuns jetzt nicht nur mit irgendwelchen Leuten, die durch die Sahara marschierenoder sonst wo, oder ins All fliegen, sondern wir haben die normale MedizinerAusbildung mit zu absolvieren.Das heißt Kurse, die sich mit Herz-Kreislauf-Atmung beschäftigen.Das ist ja das, was Physiologie eben ausmacht. die verschiedenen Funktionsweisenim Körper zu beschreiben.
Tim Pritlove
So extreme Umwelten, also Raum, Weltraum ist klar,aber was sind denn so die anderen extremen Umwelten,die sie jetzt im Rahmen dieser Tätigkeit so ins Auge fassen,wo manifestiert sich sozusagen das Wesen und die Grenzen des Körpers,was schaut man sich da konkret an?
Hanns-Christian Gunga
Eigentlich all die Dinge, die Natur im Wesentlichen ausmachen.Also das ist auf der einen Seite Veränderung des Trocks, auf der anderen SeiteVeränderungen der Temperatur.Dann auch, wie gerade angesprochen, auch die Isolation oder Confinement,das Beengtsein, wenn man in Räumen ist, so ein Übergangsbereich zwischen derPhysiologie und der Psychologie.Dann eben die Schwerkraft oder dann auch die Ernährung. Wenn sie hier am Wochenendeeinen Halbmarathon oder Marathon laufen, da ist die Frage, ist das jetzt einenergetisches Problem?Hat er lang genug trainiert? Dann sind sie in der Trainingswissenschaft,in der Sportwissenschaft.Also alle Bereiche haben ihren eigenen sozusagen Grenzpunkt,wenn ich wirklich einen Ausdauer auf mache und nicht genügend trinke,weil es entsprechend heiß ist, dann wird zum Beispiel die Thermoregulation eine Rolle spielen.Dann kann er noch sehr viel Energie im Körper haben, aber wenn er zu viel geschwitzthat, dann geht der Kreislauf runter, weil er nicht entsprechend hydriert worden ist.Oder wenn ich sage, ich schaue mir jetzt jemanden an, der tief taucht.Na gut, der kann alle Nahrungsmittel und alle Energievorräte im Körper haben,die er braucht, Aber weil der Druck zu hoch ist, führt das dazu,dass bestimmte Organe...Eben dann ihre Funktionen nicht mehr so durchführen können aufgrund des höherenäußeren Drucks und damit Veränderungen zum Beispiel in der Lunge erzeugen,die dann dazu führen, dass da bestimmte Druckverhältnisse sich verändern undzum Beispiel eben der Blutkreislauf dann ganz sich auf die Lunge konzentriertund dann unter Umständen dazu entsprechenden Veränderungen führt.Oder gehen sie in die Höhe, dann fehlt eben halt Sauerstoff,ist nicht mehr genügend da, dann muss man neue Zellen produzieren,die den Sauerstoff transportieren, wie die roten Blutzellen,die roten Blutkörperchen.Das machen ja Sportler zum Beispiel, um dann eben eine höhere Leistungsfähigkeitzu haben, also mehr Sauerstoff im Körper transportieren zu können.Jede dieser Bereiche wird im Prinzip angesprochen und unsere Aufgabe ist eben auch herauszufinden,was kann ich erstmal, wo liegt ein möglicher Schaden und wenn ich den erzeuge,wie kann ich den vielleicht mit entsprechenden Gegenmaßnahmen abmeldern oderin seiner Ausprägung jedenfalls vielleicht verhindern, dass es zu früh kommt.Irgendwo ist immer Schluss.Ich meine, es ist manchmal die Frage, speziell wenn es dann ins Physiologischegeht, warum das im letzten Fall, z.B. Temperaturregulation. Wir haben vielleichtdie nächste Hitzewelle jetzt schon in 2, 3, 4, 5 Wochen.Da ist eigentlich die Frage, warum stirbt ein Organismus eigentlich,wenn die Temperatur zu hoch ist?Warum, wenn wir die Körpertemperatur nur um 3-4 Grad im Körperkern erhöhen,also von 37 Grad normalerweise auf 40 Grad, das können wir nicht lange durchhalten.Da stellt sich die Frage für den Physiologen, warum ist das eigentlich so?Was ist der mögliche Auslöser, das dann dazu führt, dass wir nicht mehr lebensfähigerwerden? Das kann der Kreislauf sein.Es kann aber auch zum Beispiel in der Biochemie sein, weil bestimmte Prozessezum Beispiel im Energiestoffwechsel, die haben ganz verschiedene Enzyme,die müssen genau aufeinander abgestimmt sein, wie so eine Lieferkette.Wir hatten das Problem mit den Chips in diesen früheren Autos.Das ganze Auto kann fertig sein, aber wenn ich irgendwo nicht den Chip habe,der das Ding jetzt vom Zünder anfällt, dann bleibt die ganze Kiste stehen.Es kann durchaus sein, dass bei hohen Temperaturen zum Beispiel in dieser Kette,die man biochemisch zum Beispiel zum Zersetzen von Nahrung, wenn ich einen Kohlehydratoder einen Fett habe, dann gibt es verschiedenste Enzyme, die müssen da dasZeug so klein molekular zerhacken.Die haben alle irgendwo ein sogenanntes Optimum ihrer Temperatur,diese bestimmten Stoffe.Und wenn jetzt einer dieser Schritte vielleicht eine andere Temperatur brauchtoder eine Genauigkeit, dann kann es sein, dass da das Ding ausfällt.Dann habe ich aber da hinten auch kein richtiges Protein mehr,dass das nächste steuert.Und das kann dazu führen, dass zum Beispiel eine einfache Temperaturerhöhungum drei Grad dazu führt, dass ein Organismus darunter stirbt.Deswegen haben wir so viele Abwehrmechanismen.Wenn es heiß ist, wir fangen an zu schwitzen, wir erhöhen die Hautdurchblutung,wir machen uns auf, schnell möglichst was zu trinken,möglichst nicht viel zu essen, weil das dann zusätzlich unsere Durchblutung im Darm erhöht,das wollen wir nicht haben in dem Augenblick, also es sind verschiedenste Mechanismen,die alle darauf achten, dass wir bloß diese 37 Grad da,Kleidung, scharfes Essen essen, Es gibt Verhaltensweisen und in extremen Umweltenist meistens das Verhalten das entscheidend, ob sie da überleben oder sich nicht richtig verhalten.So groß sind unsere physiologischen Anpassungsmöglichkeiten nicht.Das Verhalten ist das entscheidende. Wenn es heiß ist, gehe ich halt manchmalan die Sachen. Dann wird eben die Hecke nicht geschnitten.Oder ich laufe eben nicht 25 Kilometer. Muss ich ja in der Regel nicht.
Tim Pritlove
Bleiben wir mal bei der Temperatur, weil wir da jetzt schon so rangegangen sindund gucken noch mal kurz auf die extremen Welten, wo das jetzt sozusagen eine Rolle spielt.Wir hatten den Sport, ganz klar, aber natürlich generell Wetter oder wo manhalt so wohnt spielt natürlich generell eine Rolle, gar keine Frage.Das heißt, in Ländern wo es generell heißer ist, haben die Körper dann ebenauch selbst entsprechende Gegenmaßnahmen sich herbei evolutioniert oder sindes eher Verhaltensweisen?
Hanns-Christian Gunga
Das sind Verhaltensweisen. Das ist dann vielleicht auch häufig so ein bisschenso ein Irrtum nach dem Motto, also die da im Sahara oder in anderen Wüstenbereichen,die können dann eine höhere Temperatur haben.Ne ne ne nix, die haben auch ihre 37 Grad die sie einhalten müssen.Da ist es das Verhalten, dass ich bestimmte Bekleidung habe,dass ich mich zu bestimmten Zeiten nur herausbewege, also es ist eine Verhaltensanpassung.Ich meine wenn sie über 40 Grad haben, Lufttemperatur vielleicht auch noch verbundenmit einer hohen Luftfeuchtigkeit, das ist für den Körper nicht so aushalten.
Tim Pritlove
Aber Hautfarbe mag eine Rolle spielen.
Hanns-Christian Gunga
Ja genau, das sind dann so spezielle Anpassungen, die zum Beispiel dann eben davor schützen,dass man bei zu hoher UV-Belastung oder Strahlung eben halt keine Zellschädigung erleidet,wie jetzt meinetwegen Hammer-Irre, der da nach Australien auswandert,der hat da ein Problem, weil der hat eben zu wenig von den Zellschädigungen.
Tim Pritlove
Ich kenn das, ich hab auch so ein paar britische Gene, das ist nicht so schön im Sommer.
Hanns-Christian Gunga
Hat aber den großen Vorteil, dass man eben halt in diesen Bereichen,wo es weniger Licht hat, besseres Knochenwachstum hat.Also wenn Sie jemanden nehmen, der nur dunkle Hautfarbe hat und bringen denin die nordischen Bereiche,dann hat der durchaus Probleme nachher genügend, weil wir über die Haut danneine bestimmte Aktivierung von Hormonen brauchen, die dann dazu führen,dass sie Calcium zum Beispiel einladen.Die haben dann Schwierigkeiten damit. Wenn jemand aus den Bereichen kommt,aus den Tropen in die Arktis geht, andersrum in der Regel haben diejenigen,die in tropischen Bereichen leben und schon mehrere zehntausend Jahre leben,die haben eine höhere Schweißproduktion.Ja und die Schweißzusammensetzung ist dann adaptiert, wie man sagt,die hat sich angepasst, da sind dann weniger Elektrolyte drin.Also wenn wir jetzt hier aus dem Urlaub da runterfahren und uns da unten irgendwie so begeben,dass wir ordentlich schwitzen, dann verlieren wir relativ viel Elektrolyte,also Salze, die in diesem Schweiß sind, Natrium, Kalium, Magnesium,Kalzium, die gehen dann leider verloren.Bei denjenigen, die da jetzt länger unten sind, da wird sehr viel von dem vordem Schwitzen zurück resorbiert.Der Körper lässt das gar nicht erst raus, sondern der holt sich diese Substanzund kann dann übrigens auch noch physikalisch leichter schwitzen.Je weniger Salz da drin sind, umso leichter kann man schwitzen.Verdunsten und durch das Verdunsten erzeugen sie Kälte.Da geht Energie mit dem Körper entzogen und das ist sehr viel Energie.Also ein Liter Schweiß macht ungefähr 560 Kilokalorien, also ein Drittel desEnergiebedarfs, den man proTag überhaupt hat in Ruhe. Können Sie dadurch bei einem Liter Schweiß...
Tim Pritlove
Steckt man in Schweiß?
Hanns-Christian Gunga
Ja, den steckt man in den Schweiß und damit wird der weggeführt,abgeführt und kann dadurch den Körper auf seinen 37 Grad halten.Und das ist evolutionär wahrscheinlich eine der entscheidendsten Veränderungen,die wir in einer Optimierung zur Ausdauerfähigkeit in der Evolution bekommen haben.Also diese Fähigkeit zu schwitzen ermöglicht uns sehr lange Strecken mit nichtallzu hoher aber doch ganz guter Geschwindigkeitslaufen.Wenn wir evolutionär sozusagen auf der Jagd waren früher,dann hat das sicherlich einen enormen Vorteil gehabt, dass wir schwitzen konnten,denn dann kann man auch Tiere, die schneller sind, aber dadurch entsprechenderlegen, dass man denen dauernd folgt, bis sie dann eben halt tatsächlich ineine Situation kommen, wo sie für uns greifbar gewesen sind,also es ist ein erheblicher Vorteil.Wir haben ja auch das Haarkleid verloren, was man dann auch nicht so gerne hat,man will ja nicht nur in die Haare eingepackt sein, sondern man möchte gerne schwitzen.Andere Organismen die das nicht haben, haben da ein Problem,die überhitzen alles sehr schnell.
Tim Pritlove
Ja Mensch der Superjäger sozusagen, das ist eine Fähigkeit. Laufen, das können wir.
Hanns-Christian Gunga
Ja, war doch einer dieser, ich glaube, Sattobek hat das mal gesagt,Fisch schwimmen, Vogel fliehen, Mensch läuft.So kann man es kurz zusammenfassen. Gut beobachtet, ja.
Tim Pritlove
Erklärt auch, warum man in heißen Regionen häufiger so salzhaltige Getränkezu sich neigert und Lassi etc.
Hanns-Christian Gunga
Ja, dann wird da substituiert sozusagen, was auf der anderen Seite eben mehrverloren geht und das schränkt dann nach einer gewissen Zeit halt unsere Leistungsfähigkeitauch da wieder ein, da kommen wir auch wieder an eine Grenze ran.Also diese Grenzen und da ist eben dann wiederum die Ausgangsfrage,was, wo, an welcher Stelle bricht diese Kette am Erden zuerst.Da ist es dann eben nicht unbedingt die Energie zuvor. Wir haben immer nochirgendwo ein kleines Fettpolster, was sonst aussieht.Man könnte es auch mal so zusammenfassen, um Ihre Ausgangsfrage auch nochmalzu beantworten, was extreme Umwelten sind.Wenn Sie sieben Minuten keinen Sauerstoff haben, dann sterben Ihre Hirnzellenab. Also Sauerstoff ist das Entscheidende. Ohne den kommen Sie nicht aus.Sie können sieben Tage ungefähr ohne Wasser leben als Erwachsener.Wenn sie Wien verschüttet, dann haben Leute da in der Türkei und Syrien,da können sie auch manchmal 10 Tage oder 11 Tage, da müssen sie aber in dieserHinsicht günstige Umgebungsbedingungen haben.Aber sie können in der Regel, wenn sie auch nicht sehr viel an Übergewicht haben,sieben Wochen können sie hungern.Also man sieht schon, der Sauerstoff ist wichtig, der Wasserbedarf ist wichtigund der Energiehaushalt.Aber jeder hat so seine eigene Zeitachse.
Tim Pritlove
Zum Essen kommen wir vielleicht gleich nochmal. Ich würde gerne noch bei der Temperatur bleiben.Große Wärme hatten wir jetzt schon, aber es gibt ja auch das andere Extrem. Ja, wir kühlen.
Hanns-Christian Gunga
Es gibt aber auch kalte Zonen auf diesem Planeten.
Tim Pritlove
Hat man schon von gehört ja, leben ja auch einige Leute und auch sehr spektakulär,wenn man sich das so anschaut, welche Kulturtechniken dort entwickelt wurden,um damit irgendwie klar zu kommen, so was Kleidung betrifft, Hausbau etc.Gehört ja alles mit dazu. Aber inwiefern haben sie das untersucht,wie fährt man dann da hin?Schaut man sich das an, untersucht man die Leute vor Ort oder steckt man einfachLeute in die Kühlbox ins Labor und macht Kabel dran und sagt,ist egal es sind nur zwei Stunden.
Hanns-Christian Gunga
Ja es kommt auf die Fragestellung an, im Labor kann ich eben Sachen sehr sehrgut kontrollieren, wenn ich zum Beispiel sehen möchte, welche Bekleidung istbesonders effektiv, die Körpertemperatur zu halten, Wärmeabgabe zu messen etc.Dafür gibt es solche Klimakammern.Da kann ich also sehr kontrollierte Ausmittelungen, aber die geben mir natürlichnicht eine natürliche Umgebung, in der ihr jetzt arbeitet oder wie wir zum Beispieleine Untersuchung haben in der Antarktis, bei den Leuten, die da auf der deutschenAntarktis-Station sind.Und ich hatte auch Gelegenheit in meinem Berufsleben da unten mal vorbeizufahren für mehrere Wochen,um zu sehen, wie die dort arbeiten und was für Probleme die halt haben und wiewirkt sich das aus, dass sie dann auf so einer Station da leben müssen.Da kommt man dann nicht herum, dass man sich das vor Ort anschaut.Also beim Menschen ist es wichtig, ihre Bemerkungen, die sie gemacht haben, erstmal zu beobachten.Großen vorgefertigten Hypothesen, wie das normalerweise in der Wissenschaftist, also die man hier am Schreibtisch entwickelt und dachte,das muss jetzt so sein und wenn die die Temperatur so haben,dann wird das hilft dir eigentlich in der Regel wenig.Was du mitnehmen musst, du musst erst mal die anschauen, wie leben die dort,wo treten die Probleme auf und die Probleme sind meistens völlig,zunächst scheinbar völlig belanglos. Ich erinnere mich an eine Situation dain der Antarktis, in dem allgemeinen Aufenthaltsraum.Da gab es zum Beispiel Ärger, weil jemand irgendwie den Stift,den irgendjemand da hatte an seinem Arbeitsplatz, immer irgendwo anders hingelegt hat.Das war nachher das Problem. Ja, darüber haben die sich geköppelt.Nicht, dass da draußen minus 30 Grad sind oder so, sondern es war die Situationpsychologisch, der hat ihnen fünfmal gesagt, hier, das ist mein Ding hier,das ist mein Platz hier, das schon wieder irgendjemand hat hingenommen oderirgendjemand hat hingenommen.Oder die Zahnbürste, die nicht andere... Solche Sachen sind dann auf einmalund das ist das, was man als Forscher machen muss, beobachten.Am besten so einfach ein Bleistift, Papier, ein Feldbuch, ähnlich wie so einGeologe, der sich eine Zeichnung macht über irgendeinen Aufschluss oder so.Erstmal beschreiben, was sind da wo, treten Konfliktpunkte auf,was belastet die Leute wirklich.Heute zum Beispiel, wenn sie Kälte haben, heute haben sie so ausgefuchste Bekleidungsstücke,da kann es draußen minus 50 Grad sein, dann haben sie immer noch Kälte.Eher das Problem, dass es dann unter Umständen, wenn sie körperlich arbeiten, zu warm daran wird.Aber der Mensch ist wirklich nur das eine, es gibt natürlich auch andere Organismenund wenn man da die extreme Umwelt betrachtet, dann muss man sich auch mal fragen,in welchem Lebenszyklus betrachten wir auch das Leben.Das ist nämlich auch noch interessant. Wir reden im Augenblick nur von Erwachsenen.Wenn sie einen Organismus haben, der sich erst formt, wie eine Kaulquapp oderso etwas, dann hat die eine ganzandere Temperaturempfindlichkeit als eine ausgewachsene Kröte oder Frosch.Oder dasselbe ist bei Menschen, wenn ich Kleinkinder habe, reagieren die andersals ein Pubertierender oder einer der 60 oder 70 Jahre. Es kommt also auch aufden Lebenszyklus an, in dem ich den Organismus betrachten will.Und das finde ich hochinteressant, wenn Sie sich das mal genau angucken im Leben.Da werden Sie sehen, dass 99% der Organismen, die auf diesem Planeten leben,die können nicht überleben bei Temperaturen für den gesamten Lebenszyklus bei über 45 Grad.Oder bei 32 Grad und darunter.Also in einer Spanne von 6 bis 7 Grad da spielt sich im Prinzip das Leben ab.Es gibt einzelne Formen die sich dann als Sporen oder so als halbgefroren oderso etwas überleben können. Aber um wirklich aktiv zu sein, ein aktives Lebenzu haben, das ist eine Spannbreite von 7 Grad.Das ist unglaublich gering.Man hätte ja auch meinen können, die Evolution hat in den drei Milliarden Jahrenein bisschen größeres Spektrum geschaffen,aber die hängen alle, die ganzen Lebensverhältnisse hängen alle so miteinander so verdraht,dass können sie nicht auf einmal sagen, gerade im Hinblick auf die Erderwärme,wo man sagt, okay dann passen wir uns eben an, dann ist es halt ein bisschenwärmer und dann ist auch unser Körper ein bisschen wärmer und damit läuft dashalt. Das läuft doch nicht, da ist zappenduster.Das ist die Spanne in der dieser Leben entsprechend.
Tim Pritlove
Gibt's da ne schlüssige Erklärung für diesen Sweetspot?Also ich meine wir hatten das ja schon tangiert, dass bestimmte Proteine einfachnur in so einem speziellen energetischen Zustand überhaupt funktionieren.
Hanns-Christian Gunga
Ja, aber es geht jetzt hier um die Spanne, denn interessanterweise diesen Schlüssel,den wir da erwähnt hatten mit dem sogenannten Intermediärstoffwechsel,also der beim Abbau eines Stoffes der im Körper jetzt in ein anderes Proteinzum Beispiel jetzt gebildet werden.Diese Kette, die wie gesagt hat sehr unterschiedliche Temperaturen und das interessante ist,früher hat man gedacht okay diese 45 Grad das ist jetzt deswegen weil da anfangendie Proteine zu denaturieren,also die verändern so ein Protein hat eine bestimmte Strukturbauweise und wennes dann zu warm ist dann geht diese Bauweise eben halt bricht da und dann istdas Ding nicht mehr funktionsfähig.Klingt erstmal plausibel, das kann man im Reagenzglas beobachten,es ist aber nicht ganz stichhaltig, wenn man sich jetzt interessanterweise anguckt, z.B.Organismen, die immer in der Kälte leben, wie so ein Eisfisch.Ein Eisfisch, der oben im Nordatlantik lebt, der lebt bei einer Wassertemperaturum 0 Grad oder 1 Grad minus oder 2 Grad minus.Können die, weil die so ne Art von Frostschutzmittel da in ihrem Körper haben.Aber die haben auch nur 6 Grad. Wenn sie so einen Eis-Fisch jetzt in ein warmes Wasser setzen...Bis sechs Grad hält er das aus, also die sechs Grad Temperaturspann hält eraus, aber wenn es sieben, acht oder neun Grad ist, dann stirbt auch dieser Organismus.
Tim Pritlove
Weil der Organismus dafür gebaut ist, in dieser kalten Umgebung genau diesemittleren Temperaturen zu erzeugen?
Hanns-Christian Gunga
Ja, weil dann ist das spricht eher dafür, dass was mit dem Intermediärstoffwechselt, also dass diese wie gesagt diese Kette dann durchbrochen wird,wenn da größere Temperaturschritte gemacht werden.Wenn es jetzt, denn ein Protein das ist denaturiert bei sechs Grad,das ist eigentlich relativ unwahrscheinlich.
Tim Pritlove
Aber herrschen denn in dem Fisch normale Temperaturen?
Hanns-Christian Gunga
Der hat die Temperatur von diesen ein, zwei, drei Grad. Der ganze Fisch?Der ganze Fisch, ja. Also es ist nicht so, dass er in der Mitte so einen kleinenReaktor hat? Nein, nein, nein.Es gibt andere Fische, die so viel haben und dann eine höhere Temperatur haben.
Tim Pritlove
Aber das heißt es gibt dann doch Proteine, die in anderen Temperaturbereichenauch lebenserreichenden Fruchtstoff haben?
Hanns-Christian Gunga
Ja, aber das Denaturieren beruht ja darauf, dass man sagt, okay dieses Proteinwird geknackt, weil wir eine zu hohe Temperatur haben.Wir knacken normalerweise Proteine bei 45 Grad aufwärts. 50 Grad fallen dieDinger auseinander und dann ist es raus. Aber wenn tatsächlich jetzt ein Proteinbei 6 Grad kann das nicht denaturieren. Das ist...Mehr als unwahrscheinlich, die Struktur wird nicht so verändert.Es ist aber offensichtlich so, dass eben diese verschiedenen Abhängigkeiten,um dann ein Protein, dass da die Temperatur eine Rolle spielt.Nicht jetzt im Einzelfall für das Protein was da geknackt wird,sondern der Weg dahin wird geknackt.Das ist wie als wenn verschiedene Türen sozusagen müssen erst geöffnet werden.Und da ist eben das interessante daran ist, dass man auf diese Spur gekommenist beim Fisch, der jetzt eiskalt ist und nicht bei einer Untersuchung bei 45Grad sich irgendwelche Organismen angeguckt hat, die da besonders warm sind.Die Argumentationslinie ist also genau umgedreht aus diesem,da haben wir Eisfischerforschung herausgekommen, okay das mit den 45 Grad könnteauch eine andere, könnte eine Folge sein von vorher ablaufenden Dingen.
Tim Pritlove
Gibt's dann irgendwie, ich meine es ist ja im wesentlichen,also diese ganze Betrachtung von, es gibt so ein Temperaturbereich in dem funktioniertjetzt der Mensch und die allermeisten anderen Lebewesen und es gibt so ein paarExtreme und die funktionieren nochmal anders aus anderen Gründen.Gibt es eine physikalisch chemische Erklärung warum ein Großteil dieser Proteinedie für uns Leben ausmachen dann ausgerechnet in diesem Bereich aufhören zu funktionieren?Oder ist es einfach nur so weil die Temperaturen bei uns auf der Erde eben nunmal so sind wie sie sind, haben wir uns den Satz an Proteinen für unser Leben quasi erworben?Daraus sind wir so heraus evolutioniert, weil das war halt das was so gut funktionierthat. Hätten wir jetzt höhere Temperaturen, gibt es vielleicht andere Proteinstrukturen,die sich erst noch bilden oder die so nie zum Leben herangezogen wurden,die wir dann quasi wo wir uns hin evolutionieren können.
Hanns-Christian Gunga
Interessante Frage, ich meine,wenn wir uns die Entwicklungsgeschichte des Lebens anschauen, dann...Sind ja wahrscheinlich die ersten schritte des lebens eigentlich in sehr heißenbereichen also solchen vulkanen ja es spricht einiges dafür dass dort entsprechendechemische verbindungen gebildet werden können aufgrund.Der hohen Temperaturen und des reichhaltigen Mineralgehaltes in diesen Hotspots, die da sind.Das heißt, diese Organismen, diese Zellen, gibt es auch einzelne Schutzmechanismen.Die produzieren zum Beispiel bestimmte sogenannte Heat Shock Proteins.Proteine, die die Zelle davor schützen. Die Zelle ist ja sozusagen auch füruns die grundlegende Funktionsstruktur,also die Einheit, die musste erst mal gebildet werden, die sich abkapseln kannvon der Umgebung um ein eigenes Biotop zu schaffen.Also jede Zellmembran ist auch, wenn man so will, eine Abkapselung von dieserWelt und die müssen wir erst mal bilden.Und als das gebildet worden ist, offensichtlich, wenn man in die Bereiche kommt,in denen meistens so eine Temperatur herrscht, in der sich Organismen dann entsprechend aufhalten,Die hat jetzt dazu geführt, dass wir offensichtlich einen Satz von chemischenStrukturen entsprechend zerlegen können mit der entsprechenden Effizienz.Dieser in diesem Temperaturabschnitt und alle anderen die da rausgehen sindhalt offensichtlich schwerer und anfälliger sonst hätte sich da ein größererHorizont aufgetan aber das ist für diesen Planeten ist das offensichtlich unddeswegen müssen wir halt mit dem Klima auch aufpassen weil wir sind nichts für was anderes gebaut.
Tim Pritlove
Wie ist das überhaupt zu erklären, dass wir eigentlich uns ja zumindest in diesen Breiten,es ist ja nicht 36 Grad warm, sondern das ist ja für uns schon eine anstrengendeTemperatur, sondern wir mögen es ja eigentlich eher kälter, brauchen aber imKörper so eine Betriebstemperatur.Gibt es eine schlüssige Erklärung dafür warum wir uns sozusagen nochmal einenhöheren Wärmeort selber permanent schaffen und dafür ja auch Energie aufwenden müssen,wenn man, warum ist es dann auf einmal unangenehm, wenn es wärmer wird,also im Mittel ist es halt so.
Hanns-Christian Gunga
Wir, das heißt die Inspirons, die Säugetiere, haben in der Regel so 37 Grad,plus, minus, ein, zwei, drei, zwei Grad. Das ist sehr eng für die Säugetiere.Das hat natürlich den riesigen evolutionären Vorteil, dass wir permanent aktivsein können. Ich meine, wenn sie so eine arme Eidechse sind,die muss ich erstmal in die Sonne legen, damit die ordentlich auf Fahrt kommt.Die Muskulatur der Stoffe, der braucht eben halt eine höhere Betriebstemperatur.Der Vorteil so einer Echse oder so einer Schlange, eines Reptils ist halt,dass sie sehr sehr lange mit relativ wenig Nahrung auskommen.Ich meine so eine Schlange, wenn die mal irgendwas gefressen hat,dann kann die auch mal ein halbes Jahr hungern. Das macht für die gar nichts.Wir brauchen, um unsere Betriebstemperatur sehr hoch zu halten,permanent entsprechende Energiezufuhr.Das ist ein Problem. Das wird zum Problem, je mehr wir halt,das sieht man ja in dieser Welt, je mehr wir Menschen haben,die alle etwas zu essen haben müssen.Wenn wir mehrere Milliarden sind, wird das allein die Beschaffung und die Verteilungzu einem gewissen Problem.Wenn wir eine relativ beschränkte Anzahl sind, ist das weniger ein Problem.Aber es ist sozusagen der große Vorteil ist wir sind zu eigentlich zu allenTages- und Nachtzeiten mehr oder weniger können wir aktiv sein,weil wir die Temperaturhaltung haben.Das kann man erstmal als evolutionären Vorteil beschreiben.
Tim Pritlove
Damit sind wir ja eigentlich schon beim nächsten Block so ein bisschen,nämlich diese Frage eben der Energie.Also wir sind ja nur so permanente Reaktoren und versuchen uns so,ja beschicken wir uns sozusagen mit Treibstoff und grad so dieses hungern undfasten oder überfressen,Ist ja auch immer so ein heißes Thema, wir sind ja alle sehr dick geworden,weil wir so viel Nahrung hier haben, im Westen zumindest,und der ganze Energiehaushalt ist nochmal eine andere Frage,aber was sind denn sozusagen die Grenzen des Körpers jetzt,wenn eben so ein Nahrungszustrom in irgendeiner Form unterbrochen ist oder eingeschränktist, also woraus zehren wir und wie lange können wir denn daraus zehren?Also ein halbes Jahr schaffen wir jetzt nicht wie die Schlange, aber was geht denn?
Hanns-Christian Gunga
Nehmen wir einfach mal einen 70 Kilogramm schweren Mann, der erwachsen ist,dann hat der ungefähr 30 Kilogramm Muskulatur und ungefähr, schätze mal, 10 Kilogramm Fett.Und dann hat er in dieser Muskulatur noch bestimmte Speicher,insbesondere ein bisschen in der Leber, wo er direkt Kohlenhydrate,also Zucker, speichern kann, wenn man so will.Zucker in der Leber sind das ungefähr 100-150 Gramm, die wir da an Zucker speichern,an Kohlenhydraten, und 350 Gramm in der Muskulatur, also ungefähr 500 Gramm haben wir.500 Gramm, das ist energetisch, ein Gramm Kohlenhydrate, ein Gramm Zucker,wenn man so will, hat 4 Kilokalorien, also wenn wir 500 Gramm haben,mal 4 sind 2000 Kilokalorien.Das ist gerade das, was wir, wenn wir mehr oder weniger gerade mal ein bisschenin Ruhe tätig sind, pro Tag brauchen. Also wir haben im Prinzip Prodehydrateals Speicher für einen Tag.Die müssen wir immer wieder aufwenden, deswegen haben wir auch einen hohen Appetit,wenn es zum Beispiel auf Zucker oder süße Sachen geht. Das ist ein begrenzter Stoff.Beim Fett jetzt, wenn wir 10 Kilogramm Fett haben, 10 Kilogramm,das sind also 10.000 Gramm.1 Kilogramm, 1000 Gramm, 10 Kilo, 10.000 Gramm. 1 Gramm Fett hat nun eine Energiedichtevon rund 10 Kilokalorien.Das sind ein bisschen weniger als 9, aber das ist leichter zu rechnen.Das heißt, wenn wir 10 kg Fett haben im Körper, dann haben wir 10.000 g Fett mal 10 kg Fett.Kilokalorien. Dann haben wir 100.000 Kilokalorien.
Tim Pritlove
Also hundertzig mal so viel.
Hanns-Christian Gunga
Genau. Also das heißt 50 Tage können wir im Prinzip bei 2000 Kilokalorien,können wir 50 Tage rein, jetzt theoretisch, davon leben. Dann haben wir jetzt noch Muskelmasse.Nun gut, die kann man auch noch verstoffwechseln. Das tut der Körper,wenn er extrem viel Hunger hat, dann geht er auch an die Muskelmasse.Ich meine, Sie können keinen Herzmuskelverstoff wechseln. Aber sie können dann eben Extremitäten,die Arme werden dünn, das was man teilweise auch bei älteren Personen dann schonbeobachtet, dass sie dann ihren Muskelmasse abbauen und diese Proteine auchals Energiereserve nehmen.Oder wenn eben halt sie in Regionen gehen, wo sie im Hunger leiden,dann sehen sie diese dünnen Beine, Da wird sozusagen das Wenige,was sie haben, was für die Bewegung noch da ist, wird auch wieder evolutionärversucht, den Körper noch mit etwas zu versorgen.Dann baut der Muskelmasse ab. Da haben sie auch noch mal gut und gerne vielleicht 10, 15 Tage.Also wenn man genau hinguckt, wir haben für einen Tag Kohlehydrate,Zucker, als Energieschränkung, muss also permanent neu zugeführt werden.Das kann man über Biochemische.50 Tage mit Fett und die meisten Leute haben ja nicht das Problem,dass sie 10 Kilogramm haben, sondern sie haben eher vielleicht 50 Kilogramm.
Tim Pritlove
Könnten also lange überleben.
Hanns-Christian Gunga
Ja.
Tim Pritlove
Aber das heißt doch jetzt nicht, dass ich problemlos lange Hunger...
Hanns-Christian Gunga
Es ist halt begrenzt, aber man sieht ja, es kommt immer auf die Zeitachse an,akut haben wir da kein Problem mit, aber wenn ich jetzt irgendwo havariere in ihrem Boot,dann können sie davon ausgehen, dass sie nach zwei,drei Tagen wird sich der Hunger mächtig steigern, das ist auch klar,Werden Enzyme, werden bestimmte Hormone hochgefahren, die ihr Hungergefühl maximal stressen.Auch so, dass sie nach ein paar Tagen schon, wenn sie mit einem anderen Kollegenim Boot gelandet sind, den vielleicht ganz anders angucken.Alles schon beschrieben worden. Das dauert nur ein paar Tage.Also da ist auch unsere zivilisatorische Rechtsgrundlage kommt da relativ schnell ins Schwanken.Und es gibt die ein oder anderen Schilderungen, die ja auch bekannt sind inden Flugzeugen, wo in den Anden abgestürzt sind und so weiter, die man kennt.Diese Quellen sind natürlich für uns Extremphysiologen.Das jetzt bitte richtig verstehen interessant in dem sinne dass man das kannman natürlich nicht experimentell und so untersuchen aber man kann natürlichaus den erfahrungen die diese menschen haben und wie sie das beschreiben,kann man die ein oder anderen rückschlüsse ziehen in welchem zeitgang spieltsich so etwas ab das ist auch zum beispiel schilderung also nach drei oder viertagen wie gesagt ist dann besonders starkes hungergefühl,Was dann auch zu entsprechenden Konflikten führt, dann flacht das im Prinzipab, aber dann geht der Körper auch in so ein bisschen so ein Dämmerzustand über,wenn man gar nichts mehr ist. Und dann so nach dem 20.Tag, dann geht das wieder hoch. 20. 25. so so so.
Tim Pritlove
Geht das wieder hoch, die Aufmerksamkeit?
Hanns-Christian Gunga
Ja ja, das Hungergefühl und jetzt der Drang das irgendwie zu lösen.Und irgendwie meine ich wirklich so wie ich sage irgendwie zu lösen und dasist dann gerade eben für Gruppen oder so etwas ist dann dann unter Umständeneine schwierige Geschichte.Und die englische Seefahrer Nation hatte dafür dann auch ein eigenes,Eigene Handhabung, da gab es kein gerechtes, das nannte sich Law of the Sea.Die haben dann tatsächlich, wenn sie in diese Havarie-Situation gekommen sind,dann haben die dann Hölzstäbchen gezogen, wer den koffert.Das war ein ungeschriebenes Gesetz, bis ich glaube so 1880 ungefähr,Dann wurde es mal gerichtlich geklärt in einem berühmten Rechtsstreit,ob das denn stadthaft ist, dass man jemanden tötet, um selber zu überleben.Und es ist dann herausgekommen, dass das nicht stadthaft ist.Und dann wurde daraus dieses damals übliche Law of the Sea geändert.Normalerweise wurden die Seefahrer dann vorher nicht angeklagt,wenn sie das nachweislich,wenn ein bestimmtes Schema auch eingehalten wurde, also mussten alle zustimmen,das ist auch so, in diesem Verfahren zum Beispiel,die mussten alle bei Bewusstsein sein, also es waren schon so ein paar Rahmenbedingungengegeben, damit dieses Law of the Sea auch entsprechend angewendet werden durfte.
Tim Pritlove
Wie ist denn das so wenn Leute fasten? Das ist ja auch so ein Ding,also manche versprechen sich ja davon,die Erkenntnisse, weiß ich nicht,mentale Stärkung, es hat halt auch so im islamischen Bereich,hat es ja auch so eine kulturelle Bedeutung sich so diesem Entzug hinzugebenund so weiter, auch wenn es ja sozusagen nur tagsüber ist in dem Sinne,aber ist das eigentlich in irgendeiner Form mal, haben sie das mal untersucht?Also ist das sozusagen etwas.Gibt es da ein Bedürfnis sowas zu machen oder ist das wieder so etwas,was wir uns haben so einfallen lassen, bringt es irgendwas, schadet es in irgendeinerForm, ist eigentlich egal, also ist so selbstgewählter Hungerentzug irgendwiemit Einlauf und dann geht es ja erstmal ein paar Tage.
Hanns-Christian Gunga
Ja und dann nimmt man in der Regel ja relativ schnell wieder zu,wenn man was abnehmen wollte, also ehrlich gesagt, ich habe bisher noch keinen getroffen,der, wenn er so eine Fastenkur gemacht hat, danach sein Gewicht gehalten hat,sondern in der Regel kommen die alle wieder darauf zurück, also ich habe aberselber in dem Bereich jetzt nicht untersucht, ich habe mich natürlich mit dem Thema beschäftigt.Es gibt eine Reihe von Untersuchungen dazu, wiederum kommt man aus dem Bereichder Evolution und der Evolutionsforschung,da ist es sicherlich richtig, uns stehen nicht permanent Nahrungsmittel zur Verfügung.Und eine sozusagen Intermediär, also mit Zeitabschnitten, ist wahrscheinlicheher der natürliche Zustand gewesen und nicht die permanente Verflüchtbarkeit.Insofern ist so eine willentlich hergeführte Fasten etwas, was naturgemäß sicherlich aufgetreten ist.Aber es ist natürlich was vollkommen anderes, wenn ich bewusst auf Nahrung verzichte,Als wenn ich durch eine Situation dazu gedungen bin, keine Nahrung zu haben.Das sind zwei völlig verschiedene Sachen.Wenn ich faste, habe ich dadurch tatsächlich eine mentale Stärkung,indem ich sage, ich habe eine gewisse Kontrolle über meinen Körper.Wenn ich aber da irgendwo im Boot sitze und habe nichts zu essen,dann wird mir das mächtig auf den Zahn gehen, weil das eigentlich nicht meinWunsch ist. Weil es auch nicht gerade um Kontrolle geht.Ich habe die Kontrolle nicht darüber. Hier ist die Frage, in der Tat,habe ich die Kontrolle über die Situation, dann ist das was anderes,deswegen hat es sich auch gezeigt, weil das...Dieses aktive moment ist ja das jene was auchpersonen die in den hunger streik gehen entsprechend nach außen bringen dasssie sozusagen indem ich keine nahrung zu mir führe setze ich natürlich den anderenauch unter druck dass mir was passieren könnte aber ich mache das ganz bewusst mit einem ziel.Nämlich, dass ich irgendeine Forderung oder irgendeine Rechtschöpfung erwarte,die mir bisher vorenthalten wird und die ich damit unter Druck setzen möchte.Das ist für Außenstehende dann, kann man das nur zunächst beobachten,aber es bringt natürlich mit jedem Tag der Uhr eine gewisse Gefährdung für diesePerson und damit auch für das System, das offensichtlich eine irgendwie gearteteHandlung nicht vollzieht.Und mit jedem Tag erhöhe ich den Druck. Aber es ist auch klar,es ist eine von der Person willentlich herbeigeführte Situation und deswegen teilweise haben die ja,wenn ich nur denke an die irischen Freiheitskämpfer, die da mehrere 70 oder80 Tage haben, die gehungert, da ist dann sehr viel auch emotional, ...Als Stärkung sozusagen so einen Zustand zu überleben, den man vielleicht ineiner normalen Situation halt nicht überlebt hätte.Also da kommt, es gab ja auch einige Hungerkünstler in unserer Geschichte,gerade hier in Berlin sind ja so vor 100 Jahren gab es mehrere Hungerkünstler,die sich dann in welche Gasthöfe gesetzt haben,in gläsernen Käfig und dann 30 oder 40 Tage gehungert haben und da kamen zehntausendevorbei und haben sie angeguckt wie die leute da gehungert haben in diesen diesenkisten die hunger künstler.
Tim Pritlove
Die sich dann dafür haben bezahlen lassen.
Hanns-Christian Gunga
Genau die haben dafür eintritt genommen dass sie man dann entsprechend die hattendaraus ein broterwerb gemacht die hunger künstler.
Tim Pritlove
Da kommt der begriff her.Dieses, ich versuche mich gerade händeringend an so ein Detail zu erinnern,was ich meine darüber wahrgenommen zu haben, aber mir fällt es gerade noch malnicht ein, aber dieses, die Nahrung kommt nicht regelmäßig.Ich meine ich hab mal einen Bericht gesehen über so verbliebene Naturvölker in Afrika,die also traditionell noch mit der Jagd sozusagen ihr Essen beziehen.
Hanns-Christian Gunga
Ja die Kunden, die Kunden oder der Kalahari zum Beispiel ist so ein Naturvolk.
Tim Pritlove
Genau, ich weiß es wie gesagt nicht mehr genau, da kam das auch zur Sprache,dass es halt für sie normal ist einfach mehrere Tage kein Essen zu haben,ich weiß jetzt bloß nicht mehr genau was so die Schlussfolgerung daraus war,aber das ist ja dann sozusagen auch ein Zustand, also weiß man,ob bei diesen Völkern da physiologisch irgendwas anderes abläuft,dann wenn sie dann Essen haben, dass es irgendwie anders war,aufgenommen wird im Körper, also dass der Körper sich in irgendeiner Form auchdaran anpasst an diese niedrige Verfügbarkeit und nicht gleich alle auf demZahnfleisch laufen nach zwei Tagen so,oh ich hab ja nix gefangen irgendwie, ich kann mich gar nicht mehr bewegen,weil ich meine Dämmerzustand und so weiter und dann jagen gehen,passt ja dann irgendwie auch nicht so richtig zusammen. Also, ähm...
Hanns-Christian Gunga
Es gibt, wenn ich die Frage ein bisschen anders drehen darf,es gibt Untersuchungen aus den 60er Jahren noch des letzten Jahrhunderts von Hamill,ein Amerikaner in Australien, die durchgeführt wurden bei den Aborigines undzwar jenen zum Beispiel die nahe der Küste leben und solchen die im zentralen Bereich leben.Wo sie sehr hohe Temperaturschwankungen haben, wo es permanent heiß ist im zentralen Bereich.Da hat man zum Beispiel herausgefunden, dass deren Körpertemperatur,wenn die sich schlafen gelegt haben, dass die Körpertemperatur abgefallen ist.Also die unter die 37 Grad auf 36, 34, 35 in der Nacht. Es ist relativ nachtsauch relativ kühl und der Körper hat nicht dagegen gearbeitet.Also nicht, dass er jetzt Bewegung und so die 37 hat, sondern er hat das zugelassen.Während hingegen diejenigen, die an der Küste lebten, die haben dann tatsächlichihre Körpertemperatur, wenn ihr ein bisschen abfiegt, haben die entsprechenddurch Muskelzittern und so weiter versucht, diese Körpertemperatur zu halten.Da war es sozusagen, natürlich ist es ein entsprechender Vorteil,wenn sie einfach sagen, okay der Körper kriegt jetzt nichts,der darf nichts für Stoffwechseln, weil sie natürlich dadurch jetzt eine gewisseEinsparung haben in ihrem Energiestoffwechsel.Also lässt er das auch zu, dass während der Nacht eben die Temperatur abfällt,ohne dagegen zu arbeiten. Wir hingegen, wenn wir uns daraus einden,haben einen sehr schnellen Anstieg unserer.Stoffwechselaktivität, um die Körpertemperatur zu halten. Noch wesentlich höherals diejenigen, die da zum Beispiel im tropischen Bereich von Australien gelebthaben, von den Aborigines.Also man hat die verglichen gegen Leute aus Nordamerika und Europa im Stoffwechselverbrauchwie jene, die in der Küste leben oder jene, die dort sind.Also es gibt kleine Anpassungen an diesem Stoffwechsel und dieser Stoffwechselhängt natürlich wiederum mit der Nahrungsaufnahme zusammen.Wenn ich tatsächlich nicht genügend Nahrung finden kann da im zentralen Bereich,dann hilft es mir, dass ich eben nachts jetzt nicht 100 oder 200 Kilokalorien dafür verbrenne,dass ich meine Temperatur die ganze Nacht hochhalte, sondern eigentlich sicherdavon ausgehen kann, dass es am nächsten Tag evolutionär wieder warm wird inden Bereichen von Australien.Und die, die da gelebt haben, da ist das so. Da können sie eigentlich davonausgehen, dass sie morgen sozusagen wieder mit der aufgehenden Sonne ihre Körpertemperaturwieder auf ihren Stand bekommen, ohne dass sie dabei was verloren haben.Also das ist ein sicher evolutionärer Vorteil, nicht alles sofort auf die Kartezu setzen, um das entsprechend zu aktivieren.
Tim Pritlove
Das heißt es ist schon möglich für den menschlichen Körper auch bei einer niedrigenTemperatur zumindest im Schlaf für einen bestimmten Zeitraum zu überleben?
Hanns-Christian Gunga
Genau, das macht man ja auch teilweise, oder das sind die Überlegungen,wenn man so entsprechende Kryotherapien,wo man den Körpertemperatur senkt und hofft dadurch die jeweiligen Organe,das kommt wieder aufs Organ an, die Organüberlebenszeit zu erhöhen.Wir sollten ein Herz operieren, dann kommt das Herz ja teilweise aus Hollandund wird hier in der Charité irgendwo eingesetzt.Dann brauchen sie drei, vier Stunden, ein Herz normalerweise,wenn es eine normale Temperatur hat, ist das nach ein paar Minuten das Herznicht mehr funktionsfähig,aber wenn Sie das Herz dann bei Temperaturen um ein paar Grad über Null halten,dann können Sie da mehrere Stunden dieses Herz.Noch funktionsfähig halten, weil der Stoffwechsel sehr sehr gering ist und dannbauen sie es hier ein und dann wird es langsam wieder warm und dann kann daseben der Organismus sozusagen damit den nötigen Nährstoffen versorgen.Da ist also so eine Herabsetzung von einem Organ in einer bestimmten Temperatur.Temperatur und Stoffwechsel gehört zusammen. Senken Sie die Temperatur,senken Sie gleichzeitig den Stoffwechsel. Erhöhen Sie die Temperatur,steigt der Stoffwechsel.Also wir müssen mehr Energie zur Verfügung stellen.
Tim Pritlove
Aber warum sind wir dann nicht generell nachts einfach kühler,weil wir uns weniger Energie verbrauchen?
Hanns-Christian Gunga
Ja dann hat man aber wieder die Frage, man ist dann natürlich weniger aktiv,wenn ich das auf den Gesamtorganismus beziehe.
Tim Pritlove
Aber im Schlaf?
Hanns-Christian Gunga
Ja im Schlaf, das ist ja auch etwas was wir, wenn wir tatsächlich sozusagenuns draußen in der Wildnis irgendwo aufhalten, würde ich sagen es ist sehr schnellnotwendig, dass wenn irgendeine Gefahr droht, dass sie da entsprechen.
Tim Pritlove
Achso wir können uns dann nicht gegen Gefahren wehren und so.Man ist dann so quasi eingefroren.
Hanns-Christian Gunga
Wir wären in einem stumpfen Zustand. Also dann sind sie nicht schnell genug.Das ist eine Überlebensstrategie sozusagen.Ja genau, das ist eine Überlebensstrategie. Das kostet alles Energie.Aber hat natürlich evolutionär einen erheblichen Vorteil, dass wir andere Organismen,die da nicht so in der Lage sind, eben so ein Krokodil, wenn das unterkühltist, können sie sich das schnappen. Wenn das Ding warm ist, wird's schwierig.
Tim Pritlove
Aber Winterschlaf ist ja auch so ein...
Hanns-Christian Gunga
Ja, da hat man zum Beispiel, da ist eine Strategie, da ist eine Strategie,dass man sieht, okay, ich meine, das ist für mich ein Rätsel,wie das ein Rätsel, wie die Natur so etwas konstruieren kann.Also so ein Murmeltier schläft sieben Monate, wacht dann auf und weiß,wo die Nüsse noch sind oder was er da eingegraben hat. Ich meine, das ist ever.Und vor allem wie wird so ein Prozess eigentlich hormonell gesteuert,da fällt die Außentemperatur, dann werden bestimmte Hormone gebildet,die kennt man heutzutage, also dopaminartige Strukturen.Und dann wird der Schlaf da eingeleitet und dann ein paar mal zwischendurch werden sie dann wach,wo man auch noch nicht weiß warum sie eigentlich wach werden, aber dann,damit ist es auch gut so und dann senken die die Herzfrequenz bis auf ein Zehnteloder noch mehr und haben dann die Fähigkeit,wenn es wieder wärmer wird und draußen wieder was zu beißen gibt,dann marschieren sie wieder und wachen auf und los geht die Reise und dann,Fünf Monate später geht der ganze Zauber wieder los.Aber wie wird in der Evolution so etwas eingebaut?
Tim Pritlove
Funktioniert aber auch nur weil die sich dann sozusagen ihre Höhlen bauen wosie dann eben nicht gefunden werden.
Hanns-Christian Gunga
Ja aber dann auch interessanterweise eben durchaus wenn die Temperatur zu tiefgeht also zum Beispiel beim Igel oder wenn das so bei sieben Grad oder so etwas ist ja,dann wachen die wieder auf deswegen so ein Igel wenn der da schläft und wennder nicht aufwacht, Wenn er mehrfach aufwacht, das ist energiereichst,wenn sie das aufwacht, was dann ein paar Stunden braucht, aber das ist enorm energieverbrauchend.Wenn das also nur zweimal oder was mehr passiert, dann verhungern die Tiere,dann schaffen die es nicht mehr bis zum Frühling.Aber auch das, wenn die da unten natürlich in der Höhle sind,natürlich sind die Temperaturen nicht so doll, als wenn sie draußen irgendwosind, die bauen sich da Höhlengänge, aber trotzdem ist das phänomenal und auch wie die das schaffen.Denken Sie daran, wenn wir in der Schwerelosigkeit sind und uns nicht bewegen,dann verlieren wir pro Monat 10% unserer Muskelmasse. Die behalten die Muskelmasse,die behalten die Knochenmasse. Wie machen die das?Deswegen hat die europäische Raumfahrtbehörde alleine so eine Gruppe,die sich nur mit diesen Winterschleifern beschäftigt, um herauszukriegen, wie machen die das?Welche Hormone sind da am steuern? Wie kriegen die das hin ohne Belastung?Normalerweise führt das zu einem Abbau. Wenn wir sieben Monate irgendwo liegenwürden, dann wären wir wahrscheinlich eher einer Quale ähnlich.Oder nicht ganz so, aber jedenfalls wird entsprechend Muskelmasse verloren und Knaumasse.
Tim Pritlove
Bevor wir nochmal auf diese ganzen Weltraum Aspekte kommen, immer noch einenBereich interessieren, der auch noch hier so eine Rolle spielt und das ist so die Zeit.Wir sind ja irgendwie ganz gut getaktete Wesen in gewisser Hinsicht,klar wir leben mit der Sonne auf die eine oder andere Art und Weise und najaes gibt ja auch so Begriffe so die innere Umgebung.Leute sind eher Eulen und Lerchen,ich bin definitiv eher eine Eule,so kann ich an mir festmachen, nicht dass ich nicht auch mal davon profitierefrüh aufzustehen, finde ichmal ganz interessant, aber die Tendenz geht dann doch eher in den Abend.Was macht es aus und was genau repariert eigentlich der Mensch im Schlaf?Also was wird denn da jetzt getan? Ich meine gut, die Temperatur wird hochgehalten,damit man schnell wieder aufwachen kann.Aber warum schlafen wir denn überhaupt ein? Ja.
Hanns-Christian Gunga
Gute Frage, Physiologen sind sich nicht klar warum man eigentlich den Schlaf braucht,man weiß nur wir brauchen ihn für eine gewisse Zeit das ist richtig der einevielleicht auch ein bisschen kürzer und der eine ein bisschen länger als derandere aber ganz genau geklärt warum wir das physiologisch brauchen ist nicht klar.Es gibt sogar einige Leute die können gar nicht schlafen so einige Fälle sindbekannt die schlafen gar nicht.Wie es gibt Menschen die gar nicht schlafen, gibt es so einzelne Fälle.
Tim Pritlove
Ohne dass man den Eindruck hat, dass die was leiden?
Hanns-Christian Gunga
Ohne das zu sehen, nein.
Tim Pritlove
Aber das heißt ja dann im Umkehrschluss wahrscheinlich auch es gibt Leute diebrauchen generell weniger Schlaf und es gibt welche die brauchen generell mehr Schlaf?
Hanns-Christian Gunga
Ja es gibt da Unterschiede, die eine braucht eben sechs Stunden oder vier Stunden,der andere kommt mit seinen achtStunden mal gerade so hin, gibt es aber warum und wieso das jetzt ist.Wichtig ist, dass wir sozusagen natürlich so eine gewisse Struktur in der Temperatur haben,weil, Und das ist hauptsächlich die Temperatur,die das da reagiert oder so einen internen Rhythmus, weil wir natürlich dieSteuerung brauchen, wann bestimmte Hormone besonders deutlich ausgeschiedenwerden müssen und wann ist das dann eher nicht so.Zwischen aktiver Phase und Ruhephase, zum Beispiel morgens gegen 5 Uhr zum Beispielhaben wir die tiefsten Temperaturen, tief heißt hier 36 Grad oder so.Die tiefste Körpertemperatur und dann steigt aber gleichzeitig,das ist dann auch ein Signal für zum Beispiel das Cortisol,das steigt dann an bis in den Dach hinein und das führt dann dazu,dass wir unter anderem wach werden und uns aktiv halten.Für körperliche Aktivitäten zum Beispiel haben wir eine hohe Körpertemperatur,die höchste Temperatur haben wir meistens so zwischen 17 und 19 Uhr abends, wir hier.Das ist deswegen auch wichtig zum Beispiel, wenn Sie irgendwelche sportlichenWegkämpfe haben, also so einen 100 Meter Lauf oder so, oder 400 Meter Lauf,den würden Sie nicht morgens machen.Da kriegen Sie keine Weltklasse Zeiten, den machen Sie immer zwischen irgendwann,schauen Sie mal, 16, 18 Uhr, 19 Uhr, da sind diese kurzen Strecken.Wenn sie einen Marathon laufen, den wollen sie nicht laufen,wenn sie die höchste Temperatur im Körper haben, sondern das findet in der Regelmorgens statt, um 9 Uhr oder um 8 Uhr.Also die sind ganz in die, morgens, wenn wir da eine relativ noch geringe Temperaturhaben, die dann über den Tag hinweg an der, die anderen brauchen eine hohe Temperatur,Betriebstemperatur, wenn sie eben halt kurzfristig sehr sehr hohe Geschwindigkeitenbrauchen, wo der Muskel dann da arbeiten kann.Also der Taktgeber dafür ist zum Beispiel jetzt wiederum die Temperatur oder der Stoffwechsel.Der wird gesteuert durch eine Struktur im Gehirn, die dann entsprechend vorgibt,wie dieser Rhythmus zu sein hat.Wie so eine Sinuskurve ist diese Körpertemperatur, morgens tiefsten und ruhigstenam Abend und wenn sie das durcheinander bringen,zum Beispiel die armen Leute die jetzt Schichtbetrieb haben und dann in wechselndenSchichten arbeiten müssen,einmal morgens, dann nächste Woche vielleicht nachmittags, oder dann noch schlimmerübernächste Woche dann in der Nachtschicht, dass die sind maximal belastet,das ist auch wieder eine extreme Umwelt.Veränderungen in dem Schichtrhythmus sind für den Körper sehr belastend und das führt dann dazu,dass sie unter Umständen zum Beispiel dann eher Stoffwechselveränderungen haben,dass sie unter Umständen auch Erkrankungen wie Diabetes fördern oder dann aucheine Hypertonie beziehungsweise eine entsprechende zu viel Essen,wenn sie sich dabei nicht bewegen.Also wir haben solche Untersuchungen insbesondere bei chilenischen Bergarbeiterngemacht, die diese starken Rhythmusschwankungen haben in der Höhe.Die arbeiten zwölf Stunden in der Höhe, in 4.000 Metern Höhe und dann schlafendie auf 3.000 Metern Höhe und dann fahren sie wieder hoch und wieder runterund dann fahren sie ganz runter ans Meer, dann sind sie auf null.Also die sind solchen Belastungen ausgesetzt und da sind eben bestimmte Erkrankungen,die man im weiteren zusammenfasst als das sogenannte metabolische Syndrom,wie das im akademischen Bereich heißt, die sind da häufiger bei denen anzutreffenals bei den Normalbürgern.Unser Stadtleben hier läuft nur dadurch, dass wir irgendwelche Schichtarbeitenmachen. Wie sie schon richtig sagen, aha, so ist das heute morgen hier,wer ist denn jetzt schon unterwegs, der Mölle ist schon weg,der muss da um 5 Uhr aus Frohnau gekommen sein oder woher.Dafür brauchen wir, also das ist sinnvoll,einen gewissen Takt geben, ich würde mal sagen wie beim Orchester,der den Takt vorgibt, okay jetzt ist das dran, jetzt ist das dran,jetzt ist das dran und das macht die Temperatur, das ist sozusagen der Konzertmeister vorne.Jetzt ist die Temperatur am tiefsten, bald musst du jetzt aufwachen und dannbald musst du ran an die Arbeit und dann wenn die Temperatur dann wieder an ist,dann geht das wieder raus und das ist der Konzertmeister, ist diese Temperatur,wieder sind wir beim Stoffwechsel, das ist ganz entscheidend.
Tim Pritlove
Aber innere Uhr gibt's.
Hanns-Christian Gunga
Die in der Uhr gibt es und die wird irgendwo im Hypothalamus von bestimmtenZellen produziert und die orientieren sich dann zum Beispiel natürlich auchnach dem Sonnenlicht das geht da ein,also wenn sie da nur in der Dunkelheit leben oder nur in Höhlen leben dann merktman zum Beispiel geht auch dieser innere Rhythmus geht dann verloren dann sindsie nicht mehr 24 Stunden, ist der Rhythmus, sondern es war 36 Stunden oder 50 Stunden.Und Leute, die mehrere Wochen in so Höhlen waren, die sind teilweise 70 Stunden wach gewesen.Also dann geht das auch verloren, dieses Zeitum.Und es gibt eine Reihe von Erkrankungen, zum Beispiel Parkinson,da verlieren sie dieses Zeitgefühl.Dann haben sie nicht mehr die Struktur, wie lang war das jetzt oder wie vielZeit brauchte ich dafür.Ja das ist interessant das ist ein interessantes zeitgefühl wie lange ist jetzteine minute oder wie lange ist jetzt eine stunde oder wie lange haben wir jetzt gerade hier geredet.
Tim Pritlove
Podcast entzieht sich auch jeglicher zeiteinteilung das stimmt und sind sieein führer gegen die sommerzeit.
Hanns-Christian Gunga
Ich halte das für aufoktroyiert, wenn man da auch einmal da umswitcht,ich bin dagegen, man sollte das nicht verändern.Es hat auch wenig gebracht an sich an dem, was ich jedenfalls gelesen habe,dass dadurch tatsächlich jetzt irgendein Stromverbrauch sich wesentlich rechenbeispielsweise, aber das ist ein anderes Feld, da lassen wir mal die Experteneher drauf gucken, was das bringt.
Tim Pritlove
Ja, ich glaube, da sind auch viele Erläuterungen erst im Nachgang gemacht worden.Das Ganze ist ja irgendwie im Rahmen der Kriege eingeführt worden,also eher so Versorgungsgründe gehabt.Die Frage war ja eher, lässt sich das irgendwie medizinisch beobachten,dass es negative Auswirkungen hat auf Menschen?
Hanns-Christian Gunga
Also wenn man die normalerweise, wenn man diese unterschiedlichen Zeitrhythmennimmt, dann ist das eine zusätzliche Belastung für den Menschen.Also der braucht solche Rhythmik, der hat ja auch seine,auch evolutionär wieder seinen Ursprung vermutlich in den Organismen oder esist eine sehr alte Struktur, wenn man genetisch in diese genetischen guckt,die für diese Zellen, diese neuronalen Netzwerke zuständig ist,da sieht man das sind ganz einfache strukturen haben das auch schon da ist eshalt dass man sich vorstellt das besonders wichtig war für die beurteilung,eben küsten nahen bereich wann zum beispiel haben wir jetzt tag wann haben wirentsprechende überflutung der bereiche da ist es sozusagen so eine rhythmuskennung wann ich was machen muss,ist von erheblicher Bedeutung, genauso gut wie ich als schwebendes Planktonoder so was wissen muss, wann ist es jetzt oben, wann ist es dunkel, wann ist es hell,wann verändere ich sozusagen meine Lage innerhalb eines Teiches oder einer See,dann weiß ich okay, jetzt muss ich hoch gehen, damit ich oben das und das vorfindeund wenn das weg ist, dann gehe ich lieber wieder runter.Das bringt ja auch einige Organismen, hier zum Beispiel in Brandenburg hatteich da eine interessante Studie gesehen,wo man die Seen untersucht hat, die kommen durch die artifizielle Beleuchtungkommen jetzt die Organismen,insbesondere die dort, die Mikroorganismen, die sich nach diesem Lichtschemaernähren, die kommen da durcheinander, weil jetzt permanent da,Großberlin, die Sonne scheint auf Gothors.Das ist, da sieht man wie wir sozusagen die gesamte Umwelt bis hin zu den Zeitstrukturenim Prinzip verändern und das ist dann für diese Organismen so eine extreme Belastung.Also wir müssen diese Extremgeister nicht so weit suchen, die sind hier in kleinster Umgebung.
Tim Pritlove
Ja wir schaffen uns das ja auch selbst, gibt ja den schönen Begriff des Jetlag,der auch erst mit der Erfindung des Jets dann sozusagen wirklich eine Rolle gespielt hat,das ist in dem Moment wo man also große Strecken überbrückt und der Tag dannauf einmal extrem viel länger und extrem viel kürzer wird, das hat vielleichtjeder der so eine Reise schon mal gemacht hat.
Hanns-Christian Gunga
Ostflüge verträgt man wesentlich schlechter als wenn man in der Westen,also Tag zu verlängern. Ist nicht so schlimm, aber warum?Ja das ist, der Organismus hat, einen Tag zu verlängern an Aktivität ist etwaswas so naturgemäß vorkommt,also Peter Fox würde es hier wahrscheinlich in Berlin sagen,das ist geradezu die Regel, dass die Tage verlängert werden.
Tim Pritlove
Ja.
Hanns-Christian Gunga
Einen Tag zu verkürzen, das ist etwas evolutionär, was so nicht vorgesehen war.Insofern ist diese Verkürzung schon nachvollziehbar, dass uns das mehr störtals die Verlängerung eines Tages.
Tim Pritlove
Dann kommen wir doch vielleicht doch nochmal so ein bisschen auf die Raumfahrt. Also sie haben ja auch,hab's schon angedeutet, einige Projekte begleitet und da spielt natürlich vorallem aber eben nicht nur Schwerkraft eine Rolle,aber eben auch so diese, wo wir schon ansatzweise darüber gesprochen haben,so die Isolationsfragen.Ich hatte hier auch zu dem Projekt Mars 500 auch schon mal eine Sendung gemacht.Das ist auch schon ein bisschen her. Muss ich gerade mal nachschlagen.Wie lange habe ich denn das...Das ist... ach Gott, das ist auch schon etwas...2011 genau eine langzeitsstudie die halt die psychischen belastungen einer möglichenmars mission beobachtet hat wo ja menschen ich weiß gar nicht wie viel warenes, 7,8 Leute oder sowas da.Da waren 6. Größen von 6 Leuten über eben so die dauer eines theoretischen marsflugs was man eben so meint wie lange das so dauert oder was man einfach weiß wie lange das dauert.
Hanns-Christian Gunga
500 Tage sind eigentlich nur die Hälfte.
Tim Pritlove
Nur die Hälfte genau, es war nur einmal hidden sozusagen. Und mehr wollte manden Leuten dann nicht zumuten, ich glaube das war 2010, 2011 war diese Studiegewesen. Das war ein bisschen mehr als ein Jahr.Ja knapp anderthalb Jahre. Inwiefern haben Sie daran teilgenommen?
Hanns-Christian Gunga
Da haben wir zum Beispiel den zirkadianen Rhythmus untersucht,also die Veränderungen der Körpertemperatur bei dieser Isolation,weil wir sehen wollten, wenn die da abgekapselt sind, ohne dass sie Sonnenlicht bekommen,sondern nur sozusagen über die Uhr gesteuert, wann Tag ist, wann Nacht ist,durch das was sie machen, inwieweit reicht das aus, um den zirkadianen Rhythmus zu behalten?Ja haben wir gesehen das reicht an sich nach den untersuchungen die wir danngemacht haben aber man hat gesehen okay der eine oder andere hatten sehr starkeninneren rhythmus gehabt es gab welche die haben deren rhythmus hat sich deutlich.Abgeschwächt, also da waren die Schwankungen in der Temperatur geringer und interessanterweise,als im sozusagen letzten Drittel, wenn ich mich richtig erinnere,hat man den sechs Probanden freigelassen, wann sie denn essen.Ja, sonst war es immer geregelt, Frühstück, Mittagessen, Abendessen. Ja, Liebling.Und dann haben wir gesagt, okay, jetzt lösen wir das auf, ihr könnt,Jeder soll bitte selbst entscheiden wann er Nahrung zu sich nimmt.In dem Augenblick gingen die einzelnen Kurven total durcheinander.Da haben wir alle einen eigenen Wert gefunden, da hat man gesehen okay dieseEssensvorgabe im Zeithorizont auch wiederum stoffwechselmäßig ist ganz entscheidendfür den zirkadianen Rhythmus.Diese Taktung von außen, wie Mönche, die jeden Morgen sagen,um 5 Uhr ist Gottesdienst und dann um 18 Uhr ist das und das und so weiter.Diese feste Zeitstruktur hat dazu geführt, dass sie einen entsprechenden Rhythmus behalten haben.Und wenn sie den wegnehmen und die Stoffwechsel sozusagen jedem einzelnen überlassen,haben sie da Unterschiede.Das ist natürlich sehr kritisch, sie wollen natürlich nicht Leute haben,die jetzt alle in ihrem Rhythmus da irgendwie unterschiedlich sind,weil sie müssen so eine Mission durchführen, die müssen alle ihren klaren Rhythmus haben.Der muss auch untereinander abgestimmt sein, sonst ist derjenige,der vielleicht für die Maschinen oder für die Elektronik oder für was auch immerzuständig ist, ist dann nicht so optimal ansprechbar.Je nachdem, wo wir uns in der Zeitachse befinden, ist unsere Leistungsfähigkeit unterschiedlich.Morgens sind wir für kognitive Sachen in der Regel besser gerechnet zwischen 9 und 11 Uhr.Danach normalerweise nimmt uns das schon wieder die Leistungsfähigkeit ab.Für manche ist das aber erst der Bereich, wo sie aufstehen.Wenn sie Leute haben, die alle durcheinander sind, dann hat man da vielleichtSchwierigkeiten in der Kommunikation.
Tim Pritlove
Also wir haben jetzt um 13 Uhr angefangen, normalerweise würde ich sagen istso 11 Uhr bei mir so der sweet spot so.
Hanns-Christian Gunga
Ja gut dann ist es halt ein bisschen verschoben, ich habe heute morgen um 7Uhr angefangen von daher bin ich ein bisschen länger schon.Jetzt gehen die beiden Wege wahrscheinlich auch auseinander und heute Abendum 22 Uhr neist sich bei mir wahrscheinlich ein Bedürfnis zur Ruhe zu kommen,Während vielleicht bei Ihnen noch das eine oder andere ansteht,was noch zu erledigen ist.
Tim Pritlove
Ja, dann werde ich mal richtig kreativ sein und muss forschen.
Hanns-Christian Gunga
Ja, also das war ein Teil der Untersuchung, die wir da gemacht haben.Und dann, wie wir nochmal betonen, das ist nur die Hälfte einer Mars Mission.Also nach den heutigen Vorstellungen brauchen sie ungefähr 1000 Tage für die gesamte Mission.Und das heißt, sie müssen auch, ich glaube bei einer 400 Tage oder was müssteman einrechnen, die man dann auf dem Mond bleibt, um dann da wieder die richtigeSchleife zurückzufinden. Da gibt es unterschiedliche Strategien, wie man das macht.
Tim Pritlove
Jetzt weiß ich auch wie lange es war. Es war halt 500 Tage.Manche Sachen sind dann doch ein bisschen zu offensichtlich.Aber auch bei der MIR und bei der ISS waren sie an Projekten beteiligt,da ging es dann mehr um Schwerelosigkeit oder Strahlung?
Hanns-Christian Gunga
Ne, da ging es hauptsächlich um Anpassung des Herz-Kreislauf-Systems und hierinsbesondere des Blutes, des Zusammensetzens des Blutes und ob die Blutbildunganders ist in der Schwerelosigkeit.
Tim Pritlove
Und ist sie?
Hanns-Christian Gunga
Warum das jetzt so ist, ist im Einzelnen auch noch nicht erklärt,aber wir konnten ganz klar sehen,dass ein Hormon, das für die Bildung von roten Blutzellen, die dafür zuständigsind, dass eben Sauerstoff transportiert wird, das nimmt schon am ersten Tagoben in der Schwerlosigkeit eben dieses Hormon ab.Und wenn es dann drei oder vier Tage oder nächste Woche, dann haben wir es kaummehr nachweisen können. Das heißt, das existiert.Und es ist sogar so, dass Blutzellen, die vorhanden sind, die werden tatsächlichweggefangen und es kommt zu einer Abnahme dieser roten Blutzellen.Das klingt zunächst einmal besorgniserregend, weil wenn das so weiterging,dann hätten wir keine Transportierenden mehr. Aber das pendelt sich dann ein,nach mehreren 2-3 Wochen, dann pendelt sich das so ein und bleibt dann auf einemgeringeren Hormonspiegel besteht.Und die Flüge, die jetzt ja auch auf der ISS stattgefunden haben,bestätigen, dass es da ein neues Niveau gibt.Offensichtlich hängt es zusammen mit der Flüssigkeitsverschiebung in der Spirulosigkeit.Wenn ich hier jetzt stehen würde, wären 70 Prozent meines Blutvolumens unterhalb des Herzens,in der Schwerelosigkeit hätte ich hier ein sehr hohes Blutvolumen im oberenKörperbereich und das misst der Körper oder verrechnet er so vermutlich,okay ich habe zu viel Flüssigkeit in meinem Körperkern, wird das los,dann scheidet er vielleicht Flüssigkeit aus, aber er baut auch Zellen ab,die in dem Blut eben heute herumschwärmen, wie die roten Blutzellen.Und das führt dann dazu, dass diese gesenkt ist, diese Anzahl der roten Blutzellen.Aber das passt sich dem neuen Situation halt an. Da brauchen wir offensichtlichnicht mehr. Wir brauchen die allerdings, wenn wir dann wieder hier auf der Erde landen.Da denkt der Körper nicht, da denkt der wieder rein physiologisch,der macht sich jetzt keine Sorgen darüber, dass ich irgendwann wieder auf diesemPlaneten lande, sondern der sieht nur halt, ich brauche das nicht,hier oben habe ich das nicht nötig, also weg damit.
Tim Pritlove
Aber es ist zumindest keine unmittelbare Auswirkungder Schwerkraft dasjetzt sozusagen an den Körper überall gezogen wird das ist eigentlich nichtdas Ding sondern da kommt wieder der Körper als Sensornetzwerk mit rein dereinfach feststellt weil die Schwerkraft anders ist verteilen sich Dinge andersirgendwo ist mehr als es sein soll und weniger als sonst.
Hanns-Christian Gunga
Und dann passt sich das auf ein neues Niveau an, auch wieder diese Dynamik des Systems,die Dynamik unseres Körpers, das ist geradezu grandios, wie der sich dieservöllig neuen Situation auf seine Weise eben spezifisch anpasst und da ein neues Niveau findet.Und wenn er dann natürlich wieder ruckartig in das Gravitationsfeld der Erdekommt, wie das dann einige Astronauten sind, die dann eben aussteigen und denendann auch ein bisschen schwindelig wird, weil sie unten auf der Erde landen,da brauchen sie nämlich diese ganzen Zellen wieder und zwar mehr davon.Deswegen haben die dann Schwierigkeiten, dann dauert es wieder ein paar Wochenin der Regel das ist interessant, guter Punkt.Es dauert in der Regel fast für alle Organe, Organsysteme die von der schwereKraft oder schwerer Losigkeit beeinflusst werden,dauert es, beinahe identisch lange bis sie hier wieder auf der Erde den Zustandhaben, also wenn sie, Gleichgewichtsorgan ist schon den ersten 6-7 Tagen obenwie gesagt ein bisschen durcheinander, weil das haben wir hier nicht auf der Erde.Es braucht hier 6-7 Tage, wenn die zurückkommen, dann ist das auch wieder geregelt.Abbau von Muskelmasse geht da oben wie gesagt 10% pro Monat vielleicht sogarnoch mehr teilweise, bestimmte Muskulaturen.Dauert auch einen Monat, wenn sie es hier wieder aufbauen oder zwei Monate,kommt ganz drauf an wie lange sie oben waren.Also der Zeitraum, den sie in der Schwerelosigkeit sind, zurückgekommen,dauert es ungefähr genau die selbe Zeit, das wieder aufzubauen.Also das sind so dynamische Vorgänge, die wir halt in der Raumfahrtmedizin,und das sind interessante Beobachtungen, weil die natürlich auch tatsächlich klinisch wichtig sind.Stellen Sie sich vor, jemand hat irgendwie mehrere Knochen gebrochen und liegtdann mehrere Wochen im Bett.Dann sind diese Erkenntnisse aus der Raumfahrt, wo man die Leute in eine absoluteSchwerelosigkeit bringt, sind hilfreich bei der Entwicklung von Gegenmaßnahmen.
Tim Pritlove
Und kann man jetzt davon ausgehen, dass Menschen jetzt so Star Trek mäßig lang,also über längere Zeit, sagen wir mal so jahrelang im All irgendwie überleben?Also im All als in sagen wir mal jetzt so Low Earth Orbit so wie die ISS so.Also abgesehen davon, dass das wahrscheinlich dann auch irgendwann nervt,wenn man auch mal andere Sachen sehen möchte, weil es ist ja auch immer so einhöllischer Lärm in so einer Maschine die ganze Zeit. zu sein.Aber so rein physiologisch geht dann irgendwann...Verbraucht sich das dann irgendwann und dann macht der körper nicht mehr mitoder pendelt er sich eigentlich tendenziell.
Hanns-Christian Gunga
Pendelt sich eher ein wobei die Strahlung natürlich etwas ist oder Strahlungseinflüsse.Die können dem ganzen System relativ schnell ein Ende setzen also wenn wir wirklichsehr sehr hohe kosmische Strahlung kam aufgrund von Protoparenzen,Ausbrüchen auf der Sonne oder nahegelegene Supernova in unserem System,von der wir im Augenblick nicht ahnen, dass da was aus uns zukommt,dann sind, das ist unter Umständen eine wirklich lebensgefährliche Situation.Die Sehnerv kommt sozusagen aus dem Gehirn durch den Nervenkanal hindurch undwenn da jetzt höher Druck ist,dann haben die Astronauten dann und wann eben deutliche Einschränkungen ihresVisus, also ihrer Sehkraft.Und bei einigen ist das offensichtlich so, dass sich das auch nicht wieder zurückbildet, wenn sie wunden sind.Außerdem ist es so, dass eben Gehirnstrukturen offensichtlich unter Druck stehen,da ist man gerade bei, das ist ein eigenes, neues Forschungsfeld,das ist auch so eine Sache,es wäre eigentlich am besten, wir würden irgendwie,wie das bei Odyssee 2013,am besten, wir lassen das Ding rotieren, machen uns ein eigenes Schwerkraftfeld,Dann haben wir diese ganzen Probleme mit dem Ab- und Hinaufbau,Abbau, Trainingsgeräte, jeden Tag müssen die Astronauten da oben auf der Eisezwei Stunden trainieren, jeden Tag.Teuerste Fitnessstudio auf der Welt, um nicht abzubauen,um die Muskelmasse nicht abzubauen und Herzkreislaufe abzubauen,wenn wir das ganze Ding und das ist eigentlich nur eine Frage von Energie,wenn wir Energie haben könnte man das Ding rotieren, vielleicht braucht man auch gar nicht 1G,also eine Schwerkraft wie auf der Erde, vielleicht brauchen wir auch nur 0,5G,also die Hälfte an Schwerkraft, um manche Prozesse entweder so zu verlangsamenoder vielleicht auch ganz zu verhindern, dann könnte man sich viel dieser Trainingsgeschichtenda sparen, wenn wir das Ding einfach rotieren und machen da oben Schwerkraft.
Tim Pritlove
Ich glaube es ist nicht nur eine Frage der Energie, es ist auch so ein mechanisches Problem.In der Struktur. Ja wenn man permanent so rotierende Körper hat und so weiter,dann ist natürlich viel Abnutzung, das hält dann alles nicht so lange.Schon auf der Erde müssen ja rotierende Sachen extrem gewartet werden,das ist dann im einen natürlich immer so eine Sache.Also wurde schon mal drüber nachgedacht, so ist es nicht, aber am Ende stelltman wahrscheinlich sowieso immer fest,dass der Nico, wenn er ein Recht hatte, 2001 kam er ja irgendwie die letzten50 Jahre Technologieentwicklung schön nachblättern, das war alles schon auf dem großen Bildschirm.
Hanns-Christian Gunga
Ja.
Tim Pritlove
Gerade mal nachgeschlagen, längster Aufenthalt im All, 437 Tage bisher.Poljakow. Genau, Poljakow und...
Hanns-Christian Gunga
Den habe ich gesehen, einen Tag später als er runter kam. Da war ich damals gerade in Star City.Da war er direkt aus da irgendwo, der kam ja in Kasachstan, wo er gelandet ist.Da wurde er dann nach Star City gebracht in Moskau. Wir hatten auch einen Versuch.Und der konnte an dem Tag schon wieder laufen. Also 24, 48 Stunden später warder da auf dem Kanken gesehen, gesehen, wie er da runterkommt,konnte der schon wieder ohne, dass er sich da irgendwo festhalten muss oder sowas.Ich meine, meine Güte, der ist wirklich anderthalb Jahre da oben im Hall,schwerelos und kann am nächsten Tag wieder laufen.Das nenne ich Flexibilität.
Tim Pritlove
Aber der hätte auch seine zwei Stunden dann abgerissen jeden Tag.
Hanns-Christian Gunga
Ja, das muss er, wenn er es nicht macht,also das hat man gemerkt, wenn die nicht trainieren, dann haben die da nachzwei Wochen schon deutliche Probleme,das war in den ersten Raumflügen, die dann so zwei Wochen waren ohne Trainingslater,da haben die wirklich schon gerade im Herzmuskelkreislauf erhebliche Problemegehabt, da kommen sie nicht drum rum.
Tim Pritlove
Das heißt würde man jetzt keinen Sport treiben, dann wäre es bald vorbei?
Hanns-Christian Gunga
Also da oben solange sie da in dem Environment bleiben ist das okay aber sobaldsie dann wieder runterkommen und auf 1G sind,dann haben sie Probleme weil dieser Wechsel ist dann innerhalb von,wenn sie aus der Erdumlaufbahn, Low Earth Orbit runtergehen,das ist 45 Minuten später landen sie da irgendwo in Kasachstan oder in der Mojave,wenn sie da früher mit dem Shuttle geflogen sind.Das war's für heute. Bis zum nächsten Mal.Da muss der Körper sich innerhalb von einer Stunde wieder auf die Schwerkrafteinplanen, die vorher nicht da war.Dazu sind sie nicht in der Lage, wenn sie nicht trainiert haben.
Tim Pritlove
Das sind immer so Realitäten, die einem immer so diese schönen Star Wars Träumeso schnell zerplatzen lassen.Wo man immer so hier jetzt fliegen wir mal auf dem Planeten,laufen wir mal da rum und so weiter. Und irgendwie das Gefühl so okay,das ganze Universum alles eingehen, so wird's ja dann wahrscheinlich nicht laufen.Das heißt mal so eben auf einem anderen Planeten landen und da einfach so vorsich hin leben ohne weiteres ist nicht so einfach.
Hanns-Christian Gunga
Ja vor allen Dingen, wo wollen wir den Planeten, wie wollen wir da hinkommen,also ich meine da müssen wir schon mit Lichtgeschwindigkeit uns hier hin bewegen,ich meine nächste Alpha Centauri ist glaube ich so 4,8 oder irgendwas,also 50 Billionen Kilometer entfernt.
Tim Pritlove
Ist ja in einer anderen Galaxie, da herrschen ja ganz andere planetare Dichten.
Hanns-Christian Gunga
Also ich hab jetzt nur gerade unsere Nähe im Kreis betrachtet.
Tim Pritlove
Das ist schon sehr klug, das ist mir auch später erst aufgefallen,dass sie einfach dieses in a galaxy far far away,so das, damit haben sie sich natürlich bei Dumbledore offen gelassen,ihr Milchstraßler, ihr habt ja nix gewohnt irgendwie, habt euch halt scheiße entwickelt.Ja wir haben ein beschränktes Bild. Auf jeden Fall. Das wissen wir schon vomUniversum. Keine Ahnung haben wir.Vielleicht so zum Abschluss, also Parabelflügel haben sie sich aber auch angeschaut,also ich hab's ja schon erwähnt,ich hatte ja mal die Gelegenheit da mitzufliegen und fand es wirklich grandios,hätte mich im Nachhinein gerne noch mehr drauf vorbereitet, aber es trifft einendann glaub ich dann doch irgendwie unvorbereitet, was kann man denn da medizinischmitnehmen aus solchen kurzen Phasen?
Hanns-Christian Gunga
Ja zum Beispiel, meine eigene Experimente gingen tatsächlich über diesen Fluidshift,also diese Flüssigkeitsverlagerung.Wie schnell ist das eigentlich im Körper, ist das jetzt, brauche ich dafür Tageoder geht das innerhalb von einer Stunde oder ist das akut, wenn ich jetzt indie Schwerelosigkeit komme.Das haben wir mit bestimmten Sensoren, haben wir zum Beispiel gemessen,wie sich die Schichtdicke der Haut verändert, wenn wir in die Schwerelosigkeit kommen.Und ich war davon ausgegangen, okay das ist etwas, was physikalisch einfachim Sekundenbereich passiert.Flüssigkeit wird unverlagert so, als wenn ich mich, wenn man so will, auf den Kopf stelle.Und in der Tat ist das so. Die Flüssigkeit in dem Gefäßsystem,innerhalb von 2-3 Sekunden, und so ein Parabel in der Schwerlosigkeit,die dauert 20 Sekunden, kommt auf den Flugbahnen an, oder eben halt 30 Sekunden.Da konnten wir das messen, dass das ein Vorgang ist, der dazu führt,dass vermehrt Blutvolumen dann im Gehirn ist und in der Haut und das kann manzum Beispiel da untersuchen.Andere Untersuchungen gehen zum Beispiel dahin, die gucken sich an,welche kognitiven Veränderungen hat man,wenn man bestimmte Bilder oder bestimmte Tests macht, wo man die Schwerkraftbraucht normalerweise als Koordinator für einen, Wenn ihr einfach wegfällt alseinen Informationspunkt, wie verändert sich dann?Koordinationsfähigkeit in einem Spiel zum Beispiel bestimmte Löcher zu findenoder bestimmte Kugeln irgendwo reinzubringen.Also was macht unser Gehirn? Das sind Untersuchungen.Dann gibt es Untersuchungen, die sich damit beschäftigen, wie verändert sichdurch diese Flüssigkeitsverlagerung jetzt die thermische Situation am Kopf.Weil in der Schwerelosigkeit haben sie auch keine, wie wir das nennen,natürliche Konvektion.Wenn ich jetzt hier sitze oder wenn ich hier noch anders, wenn ich hier aufder Erde hier nackt stehen würde, da wäre 600 Liter Luft an mir vorbeiströmen.Kalte Luft ist unten, warme Luft ist oben.Also warme Luft ist leichter und deswegen strömt die sozusagen meinem Körpervorbei. In der Schwerelosigkeit ist das nicht, in der Schwerelosigkeit habenwir das. Das ist egal, ob es kalt oder warm ist, deswegen haben wir da keinenatürliche Konvektion.
Tim Pritlove
Sieht man ja an Kerzenflammen. Richtig, genau.
Hanns-Christian Gunga
Sie sind einfach nur so eine Kugel. Also wie so eine Zwiebel,fällt dann die Temperatur zu Seite hin ab und ist eben keine Flamme,Flammenstruktur, wo ich dann sehe, ok, oben am Kopf ist es warm.Und nur dort, hier sieht man halt, der ganze Körper ist wie so eine ZwiebelschalenartigeTemperaturverteilung an seiner Oberfläche nach außen hin.Zumal sie dann noch das Problem haben, wenn sie oben in der Schwerelosigkeitschwitzen, das ist eine Sache, die würde ich noch mal gerne beim Paradoflucheruntersetzen, was passiert eigentlich, wenn sie in der Schwerelosigkeit schwitzen,geht dann der Schweiß, wie kommt der von der Hautoberfläche ab?Ich habe eher den Verdacht, dass die Adhäsionskräfte, also die Kräfte,die dazu führen die Flüssigkeit zusammenzuhalten, größer sind,als die durch die Verdampfung entstehende Energiemenge und sodass sich dannder Schweiß in so großen Latschen auf der Haut sammelt.Aber das haben wir bisher noch nicht durchgekriegt, das Forschungsprojekt.Würde ich gerne noch mal machen.
Tim Pritlove
Aber es gibt jetzt keine Berichte, dass da alle total verschwitzt sind die ganzeZeit ode