Der Teilchenbeschleuniger CERN, der der Physik neues Leben einhauchen wird

Eine neue Art von Kollidern, sogenannte Plasma-Wakefield-Beschleuniger, kann die Grundlagenphysik auf neue Weise untersuchen, indem sie etwas tut, was der Large Hadron Collider nicht kann: Elektronen kollidieren lassen

Von Joshua Howgego

21. Februar 2023

Die Ergebnisse von Protonenkollisionen, die von Bildschirmen am LHC absorbiert werden

Fichet, Jacques Herve/CERN

Um zu Edda Gschwendtners Experiment zu gelangen, betreten Sie ein kleines, brutalistisches Gebäude am CERN, Europas Labor für Teilchenphysik am Stadtrand von Genf in der Schweiz. Sie besteigen den Aufzug und steigen 50 Meter in eine riesige unterirdische Kammer hinab. Nach einer Reihe gelber Sicherheitstüren muss man einen Kilometer durch einen abfallenden Tunnel zurücklegen – weshalb Gschwendtner normalerweise eines der kleinen weißen Fahrräder nutzt, die hinter den Türen geparkt sind.

Sie entwickelt einen vielversprechenden Teilchenbeschleuniger, der uns bei der Entdeckung neuer Physik helfen könnte. Seit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 hat die Teilchenphysik keine nennenswerten Fortschritte gemacht. Daher wenden sich die Gedanken Maschinen zu, die uns dabei helfen können, die Realität auf unterschiedliche Weise zu erforschen.

Das Experiment namens AWAKE, an dem Gschwendtner arbeitet, erzeugt eine Plasmawelle – ein Gas aus geladenen Teilchen – und schickt Elektronen entlang dieser Welle. Während die meisten Collider immer größer und teurer werden, sind diese unterirdische Maschine und ihre Artgenossen, sogenannte Plasma-Wakefield-Beschleuniger, kompakt. Lassen Sie sich jedoch nicht von ihrer Größe täuschen – sie haben es in sich. Im Vergleich zu Geräten wie dem riesigen Large Hadron Collider (LHC) des CERN kann die Plasma-Wakefield-Technologie über eine bestimmte Distanz viel stärkere Beschleunigungen bewältigen. „Bis zu einem Faktor 1000 mehr“, sagt Gschwendtner.

Es erweist sich als wirksam. AWAKE konnte in den letzten Jahren eine Reihe von Erfolgen bei der Beschleunigung von Elektronen über eine Distanz von nur wenigen Metern verbuchen. Letztes Jahr hat es einen entscheidenden Test bestanden, und Forscher bereiten sich nun darauf vor, es auf höhere Energien zu bringen. …