Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

 Jahresübersicht 2010

Die Gedankenfreiheit ist die einzig wahre und die größte Freiheit, die der Mensch erreichen kann.
(Maxim Gorki)

21. November 2024

Die „Urknallmaschine ist in Betrieb“ lauteten kürzlich die Schlagzeilen. Den Lesern wurden bei dieser Gelegenheit ein paar Fachbegriffe um die Ohren „urgeknallt“, dass am Ende ein gewisses Staunen, aber wenig Verständnis zurück blieb. Teilchenbeschleuniger, neudeutsch auch „Urknallmaschinen“ genannt, sind schon seit achtzig Jahren in Betrieb. Sie sind eine Sammelbezeichnung für Anlagen zur Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen auf hohe Energie. Man schießt Elektronen, Protonen oder ganze Atomkerne in eine luftleer gepumpte Röhre und erhöht mit Hilfe elektrischer Felder ihre Bewegungsenergie. Ist die Röhre geradlinig, so hat man einen Linearbeschleuniger. 1929 hatte Ernest Lawrence die Idee, einen kreisförmigen Beschleuniger zu bauen. 1939 bekam er dafür den Nobelpreis. Kreisförmige Beschleuniger haben den Vorteil, dass man den Teilchen in den Röhren bei jedem Umlauf einen Energiestoß verpassen kann, sie werden dadurch schneller, aber auch schwerer. Der Haken an der Sache ist die Kreisbahn. Kreisende elektrische Teilchen erzeugen Strahlung und verlieren somit Energie. Kleinere Teilchenbeschleuniger sind heute in Medizin und Chemie unverzichtbare Maschinen. Ihre Energie reicht für Bestrahlungen und Massenbestimmungen von Atomen aus. Benötigt man aber Energiemengen kosmischen Ausmaßes, muss man auf große Kurvenradien ausweichen. Das ist der Grund, warum der CERN-Teilchenbeschleuniger (LHC) in Genf ein kilometerlanges Riesending ist.

Die Jagd nach großen Energien ist notwendig, um tief in die Materie einzudringen. Den Weg dazu hat Albert Einstein gewiesen. Eine seiner Formeln zeigt, dass in der Materie sehr viel Energie steckt. Dies wurde sowohl durch die Spaltung von schweren Atomkernen als auch durch die Fusion leichter Kerne bewiesen. Am 16. Juli 1945 detonierte in der Wüste von New Mexiko die erste Atombombe mittels Spaltung von Plutoniumkernen und am 1. November 1952 verwandelte die Wasserstoffbombe „Ivy Mike“ Materie in Energie. Sie entfaltete die Kraft von 10 Millionen Tonnen TNT und ließ in der Südsee eine ganze Insel verdampfen.

Laut Einsteins Theorie kann auch Energie in Materie umgewandelt werden. In den Beschleunigern zerplatzen Teilchen in Strahlung, und diese Energie kondensiert wieder zu neuer Materie. Genau das ist bei der Entstehung des Universums passiert. Der LHC in Genf wird zurzeit „nur“ mit einer Energie von siebentausend Milliarden Elektronenvolt betrieben. Er soll im Laufe der Jahre auf vierzehntausend Milliarden hochgefahren werden. Dann kratzt die Wissenschaft tatsächlich am Urknallmodell. Das Geheimnis um die Entstehung der Materie könnte gelüftet werden.

Unsere Sonne

Helden der Wissenschaft:
Roger Penrose
(* 1931) berechnete gemeinsam mit Stephen Hawking die Verteilung von Masse und Energie im Universum und bewies die Existenz von Schwarzen Löchern.