FAIR

Bei GSI entsteht das neue Beschleunigerzentrum FAIR. Erfahren Sie mehr.

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10.09.2008 | Weltgrößter Teilchenbeschleuniger, LHC, in Genf in Betrieb genommen

Wissenschaftler der GSI sind unmittelbar beteiligt

J. Hehner/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Visuelle Abschlussüberprüfung

J. Hehner/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Klebung der Bedrahtung

 

Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, der Large Hadron Collider (LHC), wurde am Mittwoch, den 10. September in Genf am europäischen Forschungszentrum CERN in Betrieb genommen. Mitarbeiter der GSI wirken an der Inbetriebnahme unmittelbar mit. Außerdem ist die GSI am Bau und am wissenschaftlichen Programm des dortigen Schwerionen-Experiments ALICE (A Large Ion Collider Experiment) federführend. Um die enormen Datenmengen, die an den LHC-Experimenten entstehen, zu bewältigen, wurde unter Mitarbeit der GSI das World-Wide-Grid, eine Weiterentwicklung des World-Wide-Web, aufgebaut.

Der LHC besteht aus einem Ring von 27 Kilometern Umfang und kann Protonen und schwere Ionen auf bisher unerreichte Energien beschleunigen. Durch Kollisionen dieser Teilchen kann der Zustand des Universums simuliert werden, wie er Sekundenbruchteile nach dem Urknall, vor etwa 14 Milliarden Jahren, herrschte. In vier hausgroßen Experimentieraufbauten vermessen Physiker die Spuren der Teilchenkollisionen und können somit den Urknall erforschen.

Insgesamt sind am LHC und den dazugehörigen Experimenten etwa 10 000 Menschen aus 85 Ländern beteiligt.

Aktivitäten an der GSI für den LHC

Schwerionenexperiment ALICE

ALICE steht für "A Large Ion Collider Experiment". Hauptziel von ALICE ist es, zu erforschen, wie die Materie im Universum Sekundenbruchteile nach dem Urknall aussah. Damals herrschten unvorstellbar hohe Temperaturen und Drücke, unter denen die uns heute bekannte Materie nicht existieren konnte. Es existierte ein so genanntes Quark-Gluon-Plasma, eine Art Ursuppe, in der alle Materiebausteine frei und ungebunden vorliegen. Durch Kollisionen von schweren Ionen aus Blei soll am LHC das Quark-Gluon-Plasma erzeugt und mit ALICE untersucht werden.

Der ALICE-Experimentaufbau wiegt 10 000 Tonnen. Er ist 26 Meter lang und hat einen Durchmesser von 16 Metern. Wissenschaftler der GSI und deutscher Universitäten sind seit mehr als 15 Jahren an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Sie entwickelten federführend die so genannte Zeitprojektionskammer TPC (Time Projection Chamber), den Übergangsstrahlungsdetektor TRD (Transition Radiation Detector) sowie die dazugehörige Mikroelektronik und den "High Level Trigger", die elektronische Steuerung der Messdatenerfassung. Im Detektorlabor der GSI wurden unter Reinraumbedingungen über 200 Gasdetektoren gebaut, die bis zu 2 Meter x 3 Meter groß sind.

Die Auswertung der Messdaten wird ein Schwerpunkt am kürzlich bei GSI gegründeten Institut EMMI (Extreme Matter Institute) sein. "Der LHC wird zuerst Protonenstrahlen liefern. Den Schwerionenstrahl aus Blei erwarten wir in etwa einem Jahr. Dann wollen wir das Quark-Gluon-Plasma erzeugen und zum ersten Mal sehen, wie das Universum eine millionstel Sekunde nach dem Urknall aussah", sagt Professor Peter Braun-Munzinger, Direktor von EMMI und Forschungsbereichsleiter an der GSI.

"Nach jahrzehntelanger gemeinsamer Vorbereitung, das heißt der wissenschaftlichen und technischen Planung, der Entwicklung und dem Bau von ALICE - mit allen Höhen und Tiefen - können wir es nun kaum erwarten, die ersten Messungen mit ALICE durchzuführen", sagt Professorin Johanna Stachel von der Universität Heidelberg, die Sprecherin des Forschungsschwerpunkts des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF, der alle deutschen ALICE-Aktivitäten umfasst.

Insgesamt sind mehr als 1000 Wissenschaftler, Techniker und Ingenieure aus 30 Ländern an ALICE beteiligt. Aus Deutschland sind beteiligt: Technische Universität Darmstadt, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Fachhochschule Köln, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Fachhochschule Worms und Gesellschaft für Schwerionenforschung GSI, Darmstadt.

Beschleuniger

Mehrere Mitarbeiter aus dem Beschleunigerbereich der GSI sind an der Inbetriebnahme des LHC direkt beteiligt. Seit Ende 2006 haben sie dort verschiedene Softwarepakete zur Steuerung des Beschleunigers mitentwickelt. In den 1990er Jahren hat die GSI einen linearen Vorbeschleuniger für schwere Ionen gebaut, der seitdem am CERN eingesetzt wird. Er wird in Zukunft den LHC mit schweren Ionen speisen.

World-Wide-Grid

Um die enormen Datenmengen zu bewältigen, die an den LHC-Experimenten entstehen, wurde das World-Wide-Grid aufgebaut, eine Weiterentwicklung des World-Wide-Web. Dabei werden über das Internet mehrere zehntausend Rechner der am LHC beteiligten Forschungsinstitute zusammengeschaltet. Physiker und Informatiker der GSI haben das Grid in den letzten Jahren mitentwickelt. Das Rechenzentrum der GSI wird ein fester Bestandteil des Grid für die Datenauswertung des ALICE-Experiments sein. Bei ALICE wird eine Datenmenge von etwa zwei Millionen Gigabyte pro Jahr erwartet. Das entspricht ungefähr drei Millionen CDs.

LHC und FAIR

Ziel am LHC ist es, Teilchenstrahlen mit höchster Energie zu erzeugen. Im Gegensatz dazu wird die geplante Beschleunigeranlage FAIR an der GSI Teilchenstrahlen mit höchster Intensität liefern. Höchste Intensität bedeutet hier möglichst viele Teilchen pro Sekunde. Damit lassen sich Teilchenstrahlen, beispielsweise aus Antiprotonen oder einer Vielzahl neuer Atomkerne, herstellen. Materie, wie sie im Universum vorkommt, aber nicht auf der Erde.

Die Experimente am LHC versuchen eine Simulation des Universums möglichst kurz nach dem Urknall. An FAIR kann die darauf folgende Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, nachvollzogen werden. Somit ergänzt sich die Forschung an den beiden Beschleunigeranlagen LHC und FAIR.


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Visuelle Abschlussüberprüfung
Klebung der Bedrahtung
Die GSI-Mitarbeiter Michael Träger und Edgar Böpple aus dem Detektorlabor nehmen eine visuelle Abschlussüberprüfung von geklebten Drahtebenen an einem Modul der Zeitprojektionskammer TPC (time projection chamber) des ALICE-Detektors vor.
GSI-Mitarbeiterin Anja Steffen klebt die Bedrahtung eines Übergangsstrahlungsdetektors TRD (transition radiation detector) für ALICE auf den Modulrahmen.
J. Hehner/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
J. Hehner/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH