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Teilchenbeschleuniger: Beschleuniger der (über-)nächsten Generation

Der Large Hadron Collider (LHC) bei Genf schlägt alle Rekorde. Doch schon stehen Physiker auf der ganzen Welt in den Startlöchern, um ein noch größeres Teilchenbeschleunigerprojekt anzugehen: den International Linear Collider (ILC).
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Mit dem Large Hadron Collider (LHC), der im September eingeweiht wurde, tritt die Physik in ein neues Zeitalter ein. In dem gigantischen Speicherring, der unterhalb der französisch-schweizerischen Grenze bei Genf durch das Erdreich verläuft, können Forscher subatomare Partikel nun bei bislang unerreichten Energien untersuchen. Am Ende ihrer Träume sind sie aber noch lange nicht. Längst nämlich haben sich Teilchenphysiker weltweit auf den nächsten, noch ehrgeizigeren Beschleuniger verständigt: den ILC.

Der International Linear Collider ist eine über dreißig Kilometer lange Maschine, in der Elektronen und Positronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen sollen. (Positronen sind die Antiteilchen der Elektronen, besitzen also gleiche Masse, aber entgegengesetzte elektrische Ladung.) Der ILC würde alle bisherigen Elektron-Positron- Beschleuniger weit übertreffen. Wissenschaftler werden die möglicherweise bahnbrechenden Entdeckungen am LHC mit Hilfe des ILC in noch feinerem Detail untersuchen können.

Der LHC lässt Protonen miteinander kollidieren, wobei es zu recht unübersichtlichen Ergebnissen kommt: Diese Teilchen, die zu den Bausteinen des Atomkerns gehören, bestehen nämlich aus drei Quarks, die wiederum von Gluonen, den Trägerteilchen der starken Kraft, zusammengehalten werden – in ihnen finden also komplexe Wechselwirkungen statt. Weil die Forscher die Energie der einzelnen Quarks im Moment des Zusammenstoßes nicht genau ermitteln können, lassen sich auch die Eigenschaften der bei Kollisionen entstehenden neuen Teilchen nur mit Mühe bestimmen.

Am ILC sollen jedoch Elektronen und Positronen aufeinandergeschossen werden – sie sind, anders als Protonen, nicht aus weiteren Bestandteilen aufgebaut. Die Kollisionsenergien dieser fundamentalen Teilchen und damit auch die Eigenschaften neu entdeckter Teilchen können Physiker daher mit großer Präzision untersuchen.

Über 1600 Wissenschaftler und Ingenieure von fast 300 Universitäten und Forschungsinstituten in aller Welt arbeiten derzeit am Entwurf des ILC und an der Entwicklung der dazugehörigen Detektoren. Die Kosten des Geräts schätzte unser Designteam im Februar 2007 auf 6,7 Milliarden Dollar – ohne Detektoren. Diese Zahl ist grob mit den Kosten anderer großer Forschungsprogramme wie dem LHC oder dem Fusionsreaktor ITER in Frankreich vergleichbar. Läuft alles wie erhofft, könnte der ILC bereits in den 2020er Jahren beginnen, die Grenzen der Teilchenphysik noch weiter auszudehnen ...

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