Knapp halb elf zeigte die Uhr an, als es soweit war: Nach zwanzig Jahren Bauzeit gelang es den Wissenschaftlern am CERN, einen Protonenstrahl im Uhrzeigersinn durch den ringförmigen Teilchenbeschleuniger, den Large Hadron Collider (LHC), zu schicken. Wie das CERN mitteilte, legte der Strahl um 10.28 erstmals die ganze Runde zurück. Ab 9.33 Uhr wurde der LHC schrittweise in Betrieb genommen.

Tosender Applaus

Bei den Beteiligten herrschte grosse Freude – und vor allem auch Erleichterung, wie der Projektleiter des LHC, der Brite Lyn Evans, in einer Medienorientierung am Mittag deutlich machte. In erster Linie sei er erleichtert gewesen, dass trotz der grossen Komplexität der Maschine alles so gut gelaufen sei. Im Kontrollraum der grössten je von Menschen geschaffenen Maschine und am gesamten CERN toste der Applaus.

Zwei kleine Blitze auf einem Bildschirm zeigten an, dass die Inbetriebnahme des LHC geklappt hat. Damit war für die Anwesenden klar, dass der Protonenstrahl die gesamte 26,7 km lange Vakuumröhre des Teilchenbeschleunigers erfolgreich durchquert hatte. „Das ist ein fantastischer Moment“, sagte Evans, „wir können uns nun freuen auf eine neue Ära, in der wir die Ursprünge und die Entwicklung unseres Universums verstehen lernen.“

Gegenläufiger Strahl ebenfalls auf Kurs

Auch andere beteiligte Wissenschaftler waren begeistert. CERN-Direktor Robert Aymar sprach von einem historischen Moment, eine Einschätzung, die viele Forscherinnen und Forscher mit ihm teilten. Für die Protonen sei es eine kleine Reise, für die Menschheit ein grosser Schritt, sagte etwa Nigel S. Lockyer, Direktor des TRIUMF-Labors, Kanada, in einer Medienmitteilung des CERN.

Angesichts des erfolgreichen Tests vom Morgen wagten die Operateure zur Mittagszeit, den zweiten Protonenstrahl in die Gegenrichtung einzuschiessen. Wegen Problemen mit dem Kühlsystem für die supraleitenden Elektromagnete, mit denen die Protonen auf ihrer Bahn gehalten werden, musste der Start bis kurz vor 14 Uhr verzögert werden. Da die Supraleitung nur bei minus 271,3 Grad Celsius funktioniert, reicht ein Temperaturanstieg von einem Hundertstel Grad, damit die Maschine abgeschaltet werden muss. Gegen 15.02 Uhr schossen die Forscher dann den zweiten Protonenstrahl erfolgreich in den Beschleuniger ein.

Aufregende Zeit und viel Arbeit

„Vor uns steht eine aufregende Zeit, aber auch viel Arbeit“, sagte Günter Dissertori, ETH-Professor für Teilchenphysik, in einer Live-Übertragung, die in zwei Hörsälen an der ETH im Zentrum und auf dem Hönggerberg zu sehen war.

Zur ersten Kollision der beiden Protonenstrahlen soll es schon in rund einer Woche kommen. Danach folgt eine sieben bis acht Wochen dauernde Testphase, zudem soll auch die Energie des Strahls schrittweise um das Zehnfache auf 5 bis 7 Tera-Elektronenvolt erhöht werden. Noch vor Weihnachten wollen die Forscher die Protonenstrahlen fünf Wochen lang ununterbrochen kreisen und kollidieren lassen und so Daten sammeln. Zum Jahresende soll dann die Anlage abgeschaltet werden, damit erste Unterhaltsarbeiten ausgeführt werden können. Im Januar 2009 wollen die Physiker die Datennahme fortsetzen. Im selben Monat erwarten sich auch erste Resultate.

Die Protonenpakete werden beinahe mit 99,99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit durch die Vakuumröhre kreisen und aufeinander aufprallen. Bei den Kollisionen zersplittern die Protonen in kleinere Elementarteilchen. Pro Sekunde soll es zu 600 Millionen Kollisionen kommen. Dank den enormen Detektoren ATLAS, CMS, ALICE, LHCb und LHCf können die elektrischen Spuren dieser Teilchen festgehalten werden.

Riesige Datenmenge erwartet

Der Berg an Daten, die in den Teilchendetektoren produziert werden, ist immens. Der Pixeldetektor, das innerste Detektorelement des zwiebelschalenartig aufgebauten CMS-Teilchendetektors, nimmt beispielsweise 40 Millionen Bilder pro Sekunde auf. Die Datenmenge, die die Detektoren liefern, überschreitet jährlich die Petabyte-Grenze. Mehrere Rechenzentren rund um die Welt verwalten die Daten in einem hierarchisch aufgebauten Grid, dem Worldwide Large Hadron Collider Computing Grid (vgl. ETH Life-Bericht, 3.6.08) Forscherinnen und Forscher, die damit arbeiten, erhalten immer nur einen begrenzten Datensatz zur Auswertung. In der Schweiz verwaltet das CSCS in Manno einen Teil der Daten.

Existiert das Higgs-Boson?

Mit diesen Datensätzen wollen die Physiker unter anderem die Existenz des Higgs-Teilchens nachweisen. Diese Suche gleicht der Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen und ist auf Jahre angelegt – wenn es denn überhaupt nachgewiesen werden kann. Noch haben die Physiker nur vage Vorstellungen, welche Spuren diese Elementarteilchen im CMS-Detektor, an dem ETH, PSI und Universität Zürich massgeblich mitgearbeitet haben, hinterlassen.

Die Experimente an der über sechs Milliarden Euro teuren Anlage sollen 10 bis 15 Jahre laufen. „Wenn das Higgs-Teilchen nicht existieren sollte, dann wirft das mehr Fragen auf als es Antworten gibt“, sagte Lyn Evans an der Medienkonferenz und deutete damit an, dass die teure Maschine nicht zwingend die erhofften Resultate liefern muss.