CERN


CERN
Logo des CERN
Logo zum 50. Jubiläum von CERN
Aufbau der gegenwärtigen Anlage

Das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eine Großforschungseinrichtung bei Meyrin im Kanton Genf in der Schweiz.

Das Akronym CERN leitet sich vom französischen Namen des Rates ab, der mit der Gründung der Organisation beauftragt war, dem Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. Die offiziellen Namen des CERN sind European Organization for Nuclear Research im Englischen beziehungsweise Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire im Französischen.[1]

Am CERN wird vielfältige physikalische Grundlagenforschung betrieben, bekannt ist es vor allem für seine großen Teilchenbeschleuniger.

Derzeit hat das CERN 20 Mitgliedstaaten. Mit seinen etwa 3.150 Mitarbeitern (Stand: 31. Dezember 2010)[2] ist das CERN das weltgrößte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Über 10.000 Gastwissenschaftler[2] aus 85 Nationen arbeiten an CERN-Experimenten. Das Jahresbudget des CERN belief sich 2010 auf ungefähr 1,11 Milliarden Schweizer Franken (ca. 850 Millionen Euro).[3]

Inhaltsverzeichnis

Zweck

Mit den Teilchenbeschleunigern des CERN wird die Zusammensetzung der Materie erforscht, indem Teilchen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht werden. Mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Teilchendetektoren werden dann die Flugbahnen der in den Kollisionen entstehenden Teilchen rekonstruiert. Daraus lassen sich die Eigenschaften der kollidierten und neu entstandenen Teilchen bestimmen. Dies ist mit enormem technischem Aufwand für den Betrieb und mit extremen Rechenleistungen zur Datenauswertung verbunden. Auf Grund des Aufwandes ist das Großforschungsprojekt ein international finanziertes Projekt. Teile der Beschleunigeranlagen sind unter anderem das Super Proton Synchrotron (SPS) für die Vorbeschleunigung und der Large Hadron Collider (LHC; Großer Hadronen-Speicherring) für die eigentlichen Experimente.

Lage

46.2333333333336.0491666666667
CERN (Schweiz)
CERN
CERN
Übersicht des Geländes

Das Hauptgelände des CERN liegt bei Meyrin (nahe Genf) in der Schweiz, nahe der Grenze zu Frankreich; große Teile der Beschleunigerringe und auch einige unterirdische Experimentierplätze befinden sich geografisch auf französischem Staatsgebiet, gehören aber trotzdem administrativ zur Schweiz.

Rechtliche Situation

Aufgrund von Sitzabkommen des CERN mit der Schweiz und Frankreich gilt auf dem Gelände des CERN kein nationales Recht.[4][5] Daher kann CERN auch vor keinem nationalen Gericht verklagt werden. Bürger, die sich an nationale Gerichte gewandt hatten, um die Aussetzung der von ihnen als gefährlich erachteten Experimente am LHC des CERN zu erreichen, wurden regelmäßig wegen Nichtzuständigkeit der angerufenen Gerichte abgewiesen.[6][7][8] Zurzeit ist noch eine Klage von Gegnern der LHC-Experimente vor dem Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte (EGMR) anhängig.[9]

Das CERN hat damit, wie auch das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie, als internationales Forschungszentrum eine besondere Stellung. Das oberste Entscheidungsgremium der Organisation ist der Rat des CERN, in welchen alle Mitgliedsstaaten jeweils zwei Delegierte entsenden: einen Repräsentanten der Regierung und einen Wissenschaftler.[10]

Die offiziellen Arbeitssprachen des CERN sind Englisch und Französisch.[11]

Organisation

Mitgliedstaaten

Die zwölf Gründungsmitglieder 1954
Zahlende Mitglieder des CERN
  • Gründerstaaten ohne Ex-Jugoslawien
  • späterer Beitritt

Die Gründungsmitglieder 1954 waren die Schweiz, Belgien, Dänemark, (West-)Deutschland, Frankreich, Griechenland, Vereinigtes Königreich, Italien, Jugoslawien (bis 1961), Niederlande, Norwegen und Schweden.

Es folgten weitere Staaten: Österreich (1959), Spanien (1961–1968 und ab 1983), Portugal (1986), Finnland (1991), Polen (1991), Ungarn (1992), Tschechien (1993), Slowakei (1993) und Bulgarien (1999).

Finanzierung (Budget 2010)

Mitgliedstaat Anteil[%][3] Mio. CHF[3] ca. Mio. EUR*
DeutschlandDeutschland Deutschland 20,30 225,8 174
FrankreichFrankreich Frankreich 15,63 173,8 134
Vereinigtes KonigreichVereinigtes Königreich Vereinigtes Königreich 14,64 162,8 125
ItalienItalien Italien 11,64 129,4 99,5
SpanienSpanien Spanien 8,89 98,9 76,1
NiederlandeNiederlande Niederlande 4,55 50,6 38,9
BelgienBelgien Belgien 2,82 31,3 24,1
NorwegenNorwegen Norwegen 2,76 30,7 23,6
PolenPolen Polen 2,66 29,6 22,8
SchweizSchweiz Schweiz 2,41 26,9 20,7
SchwedenSchweden Schweden 2,40 26,7 20,5
OsterreichÖsterreich Österreich 2,25 25,0 19,2
GriechenlandGriechenland Griechenland 1,93 21,5 16,5
DanemarkDänemark Dänemark 1,76 19,6 15,1
FinnlandFinnland Finnland 1,49 16,5 12,7
PortugalPortugal Portugal 1,18 13,1 10,1
TschechienTschechien Tschechien 1,08 12,1 9,3
UngarnUngarn Ungarn 0,69 7,6 5,8
SlowakeiSlowakei Slowakei 0,60 6,7 5,2
BulgarienBulgarien Bulgarien 0,32 3,6 2,7
gesamt 100 1112,2 855,5

* Wechselkurs: 1 CHF = 0,77 EUR (ca. Ende 2010)


Die Anteile der Finanzierung haben dabei übrigens keinen beziehungsweise nur geringen Einfluss auf die Vertretung der einzelnen Nationalitäten. Dies spiegelt sich beispielsweise bei den offiziellen Arbeitssprachen (englisch und französisch)[11], als auch den beschäftigten Mitarbeitern (staff member) und Gastwissenschaftler (user) wider, bei denen beispielsweise Deutschland im Vergleich zu seinem Finanzierungsanteil deutlich unterrepräsentiert ist (aus Deutschland 2011: 334 staff member und 1148 user).[2]

Auch auf die Anzahl der in den Rat des CERN entsandten Vertreter haben die Anteile an der Finanzierung keinen Einfluss.

Beobachterstatus und Nichtmitglieder

Beobachterstatus haben gegenwärtig die Europäische Kommission, Indien, Israel, Japan, Russland, die Türkei, die Vereinigten Staaten sowie die UNESCO.

Weitere 36 Staaten sind als Nichtmitglieder an CERN-Programmen beteiligt: Algerien, Argentinien, Armenien, Australien, Aserbaidschan, Brasilien, Chile, China, Estland, Georgien, Island, Iran, Irland, Kanada, Kolumbien, Kroatien, Kuba, Litauen, Mexiko, Montenegro, Marokko, Neuseeland, Pakistan, Peru, Rumänien, Serbien, Slowenien, Südafrika, Südkorea, Taiwan, Thailand, Ukraine, Vietnam, Weißrussland und Zypern.

Geschichte

Gründung

Nach zwei UNESCO-Konferenzen in Florenz und Paris unterzeichneten elf europäische Regierungen die Vereinbarung zu einem provisorischen CERN. Im Mai 1952 traf sich der provisorische Rat zum ersten Mal in Paris. Am 29. Juni 1953, auf der 6. Konferenz des provisorischen CERN in Paris, unterzeichneten Vertreter der zwölf europäischen Staaten die Gründungsurkunde. Im Oktober 1953 wurde auf einer Konferenz in Amsterdam der Sitz des CERN und dessen Laboratoriums in der Nähe von Genf bestimmt. Am 24. Februar 1954 erfolgte die 1. Konferenz des CERN-Rates nach der Gründung in Genf. Am 29. September 1954 ratifizierten sieben der zwölf Mitgliedstaaten den Staatsvertrag zur Gründung. Am 10. Juni 1955 erfolgte die Grundsteinlegung des CERN-Laboratoriums durch Felix Bloch, den ersten regulären Generaldirektor des CERN.

Erste Beschleuniger

Ursprünglich war das CERN vor allem für die Forschung im Bereich der Kernenergie vorgesehen, schon bald entstanden aber die ersten Teilchenbeschleuniger. 1957 wurde das Synchro-Zyklotron (SC), das Protonen auf bis zu 600 MeV beschleunigte, in Betrieb genommen, das erst nach über 33 Jahren Betrieb 1990 abgeschaltet werden sollte. Am 24. November 1959 folgte das Protonen-Synchrotron (PS) mit einer (damals weltweit höchsten) Protonenergie von 28 GeV, es arbeitet heute noch als Vorbeschleuniger. 1965 erfolgte eine Vereinbarung mit Frankreich, die geplanten Protonen-Speicherringe, Intersecting Storage Rings (ISR) genannt, auch auf französischen Boden auszubauen. 1968 erfand Georges Charpak einen Teilchendetektor, der in einer gasgefüllten Kammer eine große Anzahl parallel angeordneter Drähte zur besseren Orts- und Energieauflösung enthielt. Er revolutionierte mit dieser Drahtkammer den Teilchennachweis und erhielt 1992 den Nobelpreis für Physik. 1970 belief sich das Budget des CERN auf 370 Millionen Schweizer Franken. Die Kosten wurden 1970 zu 23 Prozent durch die Bundesrepublik Deutschland, zu 22 Prozent durch das Vereinigte Königreich und zu 20 Prozent von Frankreich getragen.

1970/71 gingen die großen Blasenkammern Gargamelle und BEBC zur Untersuchung von Neutrino-Reaktionen in Betrieb. 1971 wurde auch der ISR fertiggestellt. 1973 gelang mit Gargamelle die Entdeckung der neutralen Ströme der Z0-Teilchen durch André Lagarrigue. 1976 folgte als neuer Beschleuniger das Super-Protonen-Synchrotron (SPS), das auf einem Bahnumfang von 7 km Protonen mit 400 GeV liefert. 1981 wurde es zum Proton-Antiproton-Collider ausgebaut; dabei wurde die Technik der stochastischen Kühlung von Simon van der Meer genutzt. Im Mai 1983 wurden am CERN die W- und Z-Bosonen entdeckt, Carlo Rubbia und Simon van der Meer erhielten dafür 1984 den Nobelpreis.

LEP und LHC

LEAR – Hier wurden 1996 im CERN erstmals Antiwasserstoffatome erzeugt.

Im August 1989 ging der Large Electron-Positron Collider (LEP) in Betrieb. In einem Tunnel von 27 km Länge trafen hier an ausgewählten Stellen Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, mit Energien von 100 GeV aufeinander. 1996 wurden am LEAR-Speicherring (Low Energy Antiproton Ring) erstmals Antiwasserstoffatome produziert, es gab dabei erste Hinweise auf geringfügige Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie (CP-Verletzung), was 2001 durch ein weiteres Experiment bestätigt wurde.

1999 begannen die Bauarbeiten für den Large Hadron Collider (LHC), der den Tunnel des LEP übernahm, der dafür im Jahr 2000 abgeschaltet wurde. Noch im selben Jahr hatte es einen ersten Hinweis auf die Entstehung eines Quark-Gluon-Plasmas am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) gegeben, Folgeexperimente am LHC mit dem ALICE-Detektor sind vorgesehen. 2002 gelang die Produktion und Speicherung von mehreren tausend „kalten“ Antiwasserstoff-Atomen durch die ATHENA-Kollaboration, ebenso begann die Datenaufnahme im COMPASS-Experiment. Mit mehreren Staaten, die nicht zu CERN gehören, wurden Kooperationsvereinbarungen für die LHC-Nutzung abgeschlossen, bisher mit Indien, Japan, Kanada, Russland und den USA.

Am LHC wurden Energien erreicht, die in bisherigen Teilchenbeschleunigern noch nicht möglich waren (bis 7 TeV, später soll dieser Wert nochmal verdoppelt werden). Dies ist für die Suche nach dem Higgs-Boson sowie schweren supersymmetrischen Teilchen notwendig; weiterhin für die genauere Untersuchung des Quark-Gluon-Plasmas.

Damit Kollisionen bei sehr hohen Energien durchgeführt werden können, muss der Speicherring auf Betriebstemperatur heruntergekühlt und die Geräte dann kontrolliert hochgefahren werden. Am 8. August 2008 wurden die ersten Protonen in den LHC geschossen, am 10. September 2008 folgte der erste offizielle Rundumlauf von Protonen. Noch vor dem 21. Oktober 2008 sollte es zu den ersten Protonen-Kollisionen kommen; dieser Termin konnte jedoch auf Grund der erzwungenen Abschaltung nach einem Problem nicht eingehalten werden. Am 23. Oktober 2009 wurden erneut Protonen in den Tunnel injiziert.[12] Am 30. März 2010 gelang es erstmals, Protonen mit einer Rekordenergie von jeweils 3,5 TeV aufeinander treffen zu lassen.[13] Ab wann die volle Teilchenenergie im LHC erreicht wird, ist noch unbekannt, geplant ist es für das Jahr 2014. Im November und Dezember 2010 wurden erfolgreich Blei-Ionen beschleunigt;[14] seit Ende Februar 2011 werden nun wieder Protonen beschleunigt.

Generaldirektoren

Name Amtsperiode Amt Herkunft Lebensdaten
Edoardo Amaldi September 1952–September 1954 Generaldirektor des provisorischen CERN Italien 1908–1989
Felix Bloch Oktober 1954–August 1955 Generaldirektor des CERN Schweiz/Vereinigte Staaten 1905–1983
Cornelis Jan Bakker September 1955–April 1960 Niederlande 1904–1960, verstarb durch Flugzeug-Absturz
John Bertram Adams Mai 1960–Juli 1961 Großbritannien 1920–1984
Victor Frederick Weisskopf August 1961–Dezember 1965 Generaldirektor Österreich/Vereinigte Staaten 1908–2002
Bernard Paul Gregory Januar 1966–Dezember 1970 Frankreich 1919–1977
Willibald Karl Jentschke Januar 1971–Dezember 1975 Generaldirektor für das CERN Laboratorium I in Meyrin (Schweiz) Österreich 1911–2002
John Bertram Adams Januar 1971–Dezember 1975 Generaldirektor für das CERN Laboratorium II Großbritannien 1920–1984
John Bertram Adams Januar 1976–Dezember 1980 geschäftsführender Generaldirektor Großbritannien 1920–1984
Léon Van Hove Januar 1976–Dezember 1980 Direktor der Theorieabteilung des CERN Belgien 1924–1990
Herwig Schopper Januar 1981–Dezember 1988 Generaldirektor Deutschland * 1924
Carlo Rubbia Januar 1989–Dezember 1993 Generaldirektor Italien * 1934
Christopher Llewellyn Smith Januar 1994–Dezember 1998 Großbritannien * 1942
Luciano Maiani Januar 1999–Dezember 2003 Generaldirektor Italien * 1941
Robert Aymar Januar 2004–Dezember 2008 Generaldirektor Frankreich * 1936
Rolf-Dieter Heuer Januar 2009–Dezember 2013 Generaldirektor Deutschland * 1948

Forschungsanlagen

Beschleuniger

Linearbeschleuniger im CERN

Detektoren

  • Detektoren am LEP (Alle vier Detektoren wurden für den Test des Standardmodells entwickelt. Sie wurden nach erfolgreichem Betrieb abgebaut um Platz für die LHC-Detektoren zu schaffen.):
    • ALEPH (Apparatus for LEp PHysics) dient zum Nachweis von Teilchen, die bei der Zerstrahlung von Elektronen und Positronen entstehen
    • DELPHI (DEtector with Lepton PHoton and Hadron Identification): Teilchenidentifikation sowie dreidimensionale Teilchenspuren
    • OPAL (Omni Purpose Apparatus for Lep) ist ein großer, zwiebelförmig aufgebauter Vielzweckdetektor zur Messung von Reaktionsprodukten
    • L3-Detektor: Der größte LEP-Detektor enthält mehr als 10.000 Kristalle aus Bismutgermanat (BGO) zum Nachweis von Elektronen und Photonen. L3 erhielt diesen Namen, weil es sich um den dritten eingereichten Vorschlag für einen LEP-Detektor handelte.


  • Detektoren am LHC:
    • ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ist ein Vielzweckdetektor, optimiert für Kollisionen von Schwerionen, zum Beispiel Blei, bei denen extreme Energiedichten eintreten. Ionen, mit denen das Quark-Gluon-Plasma erzeugt werden soll, werden aber erst am Ende der Laufzeit von LHC eingesetzt.
    • ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS) soll hochenergetische Proton-Proton-Kollisionen untersuchen und dem Higgs-Teilchen auf die Spur kommen; eventuell Teilchennachweis aus Supersymmetriemodellen: ATLAS hat einen zwiebelförmigen Aufbau zum Nachweis unterschiedlichster Teilchenspuren.
      Installation von CMS (→Animation)
    • CMS (Compact Muon Solenoid) untersucht ebenfalls Proton-Proton-Kollisionen; Besonderheit ist ein Kalorimeter aus Bleiwolframat-Kristallen für hochenergetische Photonen, zusätzlich Halbleiterspurdetektoren und Myon-Nachweissystem. CMS und ATLAS sind so konzipiert, dass sie eine gegenseitige Überprüfung wissenschaftlicher Resultate garantieren.
    • LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) soll Messungen zur CP-Verletzung bei B-Mesonen vornehmen, seltene Zerfälle von Hadronen, die das schwere Bottom-Quark enthalten.
    • TOTEM: Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC.

Weitere bedeutende Experimente

  • COMPASS-Experiment: COMPASS ist ein Experiment aus dem Bereich der Hochenergiephysik am Super Proton Synchrotron (SPS). Ziel des Experiments ist zum einen die Erforschung der Hadronstruktur und zum anderen Hadronspektroskopie mit Myon- und Hadronstrahlen hoher Intensität. Das COMPASS-Spektrometer wurde in den Jahren 1999 bis 2000 aufgebaut und im Rahmen eines technischen Runs 2001 in Betrieb genommen. Die Datennahme begann im Sommer 2001 und wird nach einjähriger Unterbrechung 2005 voraussichtlich mindestens bis 2010 fortgesetzt. 240 Wissenschaftler aus 12 Ländern und 28 Instituten sind bei COMPASS engagiert.
  • CNGS: CERN Neutrinos to Gran Sasso; Ziel dieses Experiments ist es, die Neutrinooszillation zu untersuchen. Dazu wird mit Hilfe des SPS-Beschleunigers ein Neutrino-Strahl erzeugt, der mit dem OPERA im italienischen Labor Gran Sasso National Laboratory (LNGS) detektiert und untersucht werden soll. Die Konstruktion begann im September 2000. Am 18. August 2006 hat OPERA den ersten Neutrino-Strahl detektiert, am 2. Oktober 2007 den ersten Strahl aus dem CERN[15]
  • ISOLDE (Isotope On-line Detector): ist ein on-line Isotopen-Massenseparator. Damit kann eine Vielzahl radioaktiver Ionenstrahlen erzeugt werden, die in Experimenten der Atom-, Kern-, Astro- und Festkörperphysik und biomedizinischen Studien Verwendung finden. Mehr als 600 Isotope von 60 verschiedenen Elementen mit Lebensdauern bis in den Millisekunden-Bereich wurden bisher untersucht.
  • CAST-Experiment: In diesem Experiment wird versucht, mittels eines sehr starken Magnetfelds so genannte solare Axionen nachzuweisen. Dies sind hypothetische, subatomare, mit gewöhnlicher Materie nur sehr schwach wechselwirkende Teilchen, die als Hauptkandidaten für „Dunkle Materie“ gelten (siehe auch: Primakoff-Effekt).

Daneben gibt es noch eine Vielzahl kleinerer Experimente, wie z. B.:

CERN und Computertechnik

Server im Rechenzentrum.
Rechenzentrum im CERN.

Am CERN wurde unter anderem auch die Idee des World Wide Web von Tim Berners-Lee auf den Weg gebracht.[16]

Derzeit ist man am CERN intensiv mit der Entwicklung eines LHC Computing Grid beschäftigt, einem System für verteiltes Rechnen. Dieses wird benötigt, um die ungeheuren Datenmengen, die seit November 2009[17] an den vier großen Experimenten (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb) des LHC anfallen, zu verarbeiten.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. http://public.web.cern.ch/public/en/About/Name-en.html
  2. a b c CERN - Human Resources Department: CERN Personnel Statistics 2010. März 2011 (PDF)
  3. a b c CERN - Resources Planning and Control: Member States Contributions to the CERN budget – 2010. (PDF)
  4. Abkommen mit der Schweiz (1955)
  5. Abkommen mit Frankreich (Fassung 1965)
  6. Klage von Walter L. Wagner vor dem Supreme Court von Hawaii
  7. BVerfG, 2 BvR 2502/08 vom 18. Februar 2010)
  8. Interview mit der Zürcher Klägerin Gabriela Schröter vom 7. April 2010)
  9. EGMR Aktenzeichen 41028/08
  10. CERN - Organisation
  11. a b The Official and Working Languages of the Organization (eng., frz.)
  12. CERN-Bulletin (fr/en)
  13. Urknall-Experiment glückt ohne Weltuntergang in Die Welt vom 30. März 2010
  14. Artikel bei sueddeutsche.de
  15. http://www.interactions.org/cms/?pid=1025498
  16. Welt der Physik: World Wide Web
  17. Erste Kollisionen in der Urknallmaschine. Abgerufen am 31. März 2010.

Literatur

  • Hannelore Dittmar-Ilgen: 50 Jahre CERN – Ein Beitrag Europas für die Zukunft. In: Naturwissenschaftliche Rundschau. 57, 12, Stuttgart 2004, ISSN 0028-1050, S. 653–660.
  • Rolf Landua: Am Rande der Dimensionen. Gespräche über die Physik am CERN. Suhrkamp, Frankfurt am Main 2008, ISBN 3-518-26003-0.

Weblinks

 Commons: CERN – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: CERN – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikinews Wikinews: CERN – in den Nachrichten
46.2333333333336.0491666666667

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