Aber das ist natürlich nicht der einzige. In Deutschland gibt es auch Teilchenbeschleuniger, zum Beispiel in Darmstadt. Dort entwickelt der Physiker Jens Stadelmann Beschleuniger bei GSI, dem Helmholtzentrum für Schwerionenforschung. Wir suchen natürlich hier, was die Materie im Innersten zusammenhält. Da muss man sich kurz überlegen, aus was besteht die Materie einfach. Die Materie besteht aus Atomen und die Atome bestehen wieder aus Kernbausteinen und den Elektronen.

Man kann sich das so vorstellen, man hat den Atomkern, der besteht aus Neutronen und Protonen, die sind positiv geladen. Und Elektronen, die schwirren da irgendwie drum rum, die sind gebunden elektrisch, weil der Kern ist positiv und die Elektronen negativ, weiß man vielleicht noch so ein bisschen aus der Schule.

Und jetzt ist die Idee, ich möchte das beschleunigen. Wieso möchte ich das beschleunigen? Man kann sich das so vorstellen, wenn ich irgendwo hingehe und finde beispielsweise eine Uhr und ich habe noch nie in meinem Leben eine Uhr gesehen und will sehen, was ist in der Uhr, in der Mitte drin. Dann kann ich im einfachsten Fall diese Uhr nehmen und die fest an der Wand schmeißen.

Dann fällt die in lauter kleine Teile und ich kann gucken, was war da drin. Wenn ich mir Gedanken mache, kann ich sogar überlegen, wie hat die vorher funktioniert. Das Bild kann man auch noch weiter treiben. Man kann sich überlegen, wenn man die Uhr fester an die Wand wirft, dann werden die Teile, die entstehen, kleiner. Wenn ich so leicht an die Wand wirfe, geht vielleicht nur der Deckel auf und das Glas ab.

Und wenn ich sie fester an die Wand wirfe, komme ich auch an die Zahnräder ran. Und so ähnlich ist es auch mit einem Teilchenbeschleuniger. Wenn ich die Energie weiter erhöhe, kann ich mir langsam den Kern angucken. Und wenn ich dann noch weiter gehe in Energie, kann ich mir sogar angucken, woraus die Kernbausteine gebaut sind. Um genau das zu tun, um Atome so doll irgendwo gegenzuschleudern, dass sie in ganz kleine Teile zerfallen, kommen Forscher aus aller Welt nach Darmstadt.

Allerdings nicht aus blinder Zerstörungswut, sondern um Atome und ihre Kerne, Plasmen, Vorgänge in Zellen und besondere Materialeigenschaften zu untersuchen. Dazu müssen sie es allerdings erst einmal hinkriegen, die Atome auf diese extrem hohen Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Und genau dort kommt der Teilchenbeschleuniger ins Spiel. Aber wie genau funktioniert das eigentlich? Ihr erkennt vielleicht das Sprichwort, Gegensätze ziehen sich an.

Ob das in der Liebe stimmt, sei mal dahingestellt. Aber wenn es um geladene Teilchen geht, ist das absolut korrekt. Unterschiedlich elektrische Ladungen ziehen einander an. Gleiche Ladungen stoßen sich gegenseitig ab. Das kann man sich zunutze machen, um geladene Teilchen in Bewegung zu versetzen. Will man ein geladenes Teilchen bewegen, legt man einfach eine elektrische Spannung an. Positiv geladene Teilchen bewegen sich dann zum Minuspol, negativ geladene Teilchen zum Pluspol.

Das Ganze hat nur einen entscheidenden Haken. Atome sind nicht elektrisch geladen. Um Atome in Bewegung zu versetzen, muss man also erst einmal dafür sorgen, dass sie geladen sind. Dann müssen wir einen Atom ionisieren. Ein Atom ist aufgebaut mit Protonen und Neutronen im Kern.

Die Protonen sind positiv geladen und ringsum schwirren Elektronen, die sind negativ geladen. Die sind normalerweise im Gleichgewicht. Jetzt muss ich irgendwie Elektronen entfernen, abreißen, dann überwiegt die Ladung im Kern und das Gesamtkonstrukt wird positiv und es entsteht aus einem Atom ein Ion. Das kann man zum Beispiel machen, indem man einfach heizt.

Wie hier in einer solchen Glühbirne. Da ist ein Wolframm-Draht. Durch den fließt Strom, dadurch wird er sehr sehr heiß. Ein paar von den Wolframm-Atomen verlieren Elektronen, werden zu Wolframm-Ionen. Bildet sich ein Dampf, eine Mischung aus Elektronen und Wolframm-Ionen um den Glühdraht. Theoretisch könnte ich mit einer Hochspannung jetzt schon ein paar Wolframm-Ionen extrahieren,

hätte eine ganz einfache Ionenquelle gebaut. Hier hinter mir sehen wir eine der Ionenquellen von GSI. Da wird viel viel effektiver Material ionisiert, Atome in Ionen verwandelt und dann mit einer Hochspannung 130.000 Volt Richtung Beschleuniger beschleunigt.

Und dann gehen Sie auf die Reise. Von der Quelle geht der Weg der Ionen in den Linearbeschleuniger. Er beschleunigt Ionen auf rund 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das geschieht mit elektrischer Wechselspannung. Bei der Beschleunigung durch Wechselspannung gibt es nur ein Problem. Die positiven Ionen bewegen sich in einem elektrischen Feld immer vom Plus- zu Minuspol. Bei Wechselspannung würden sie sich immer wieder vor- und zurückbewegen.

Wenn wir die Ionen nur nach vorne beschleunigen wollen, benötigen wir einen Trick. Immer wenn das elektrische Feld in die falsche Richtung zeigt, befinden sich die Ionen in einem Rohr und werden von der Spannung abgeschirmt. Immer wenn das Feld in die richtige Richtung zeigt, also die Spannung richtig gepolt ist, bekommen die Ionen einen kleinen Schubs und werden so immer und immer schneller. Um allerdings in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit zu kommen,

müsste der Beschleuniger viele, viele Kilometer lang sein. Weil es nicht gerade material- und platzeffizient wäre, einen so langen Beschleuniger zu bauen, werden die Ionen in solchen Fällen aus dem Linear-Beschleuniger in einen Ringbeschleuniger gelenkt. Er besteht aus Magneten, die in der Lage sind, Ionen auf eine Kreisbahn zu lenken. Das heißt, ein Ion kommt nach einer Runde wieder an der Beschleunigungsstrecke vorbei und bekommt dort noch einen Schubs.

Und noch einen. Und noch einen. Und noch einen und immer so weiter. So kann man Ionen bis auf 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Gesteuert wird das Ganze aus einem zentralen Kontrollraum. Von hier werden die Experimente eingestellt. Es gibt so, grob gesagt, drei Arten von Experimenten. Zum ersten kann ich die Teilchen einfach auf eine Folie schießen und dann noch mehr Elektronen abreißen.

Das geht bis zu einem völlig nackten Kern. Ich kann sie auf ein etwas dickeres, wir nennen das Target, schießen. Da wird der Kern dann fragmentiert. Das heißt, es gibt Buchstücke des Kernes, die interessant sind. Man sucht sich das Interessante raus. Und als dritte große Klasse suchen wir zentrale Stöße. Kern trifft auf Kern. Es gibt einen riesigen Feuerball und es entstehen neue Elementarteilchen.

Es wird von hier eingestellt. Das heißt, man wählt erst mal generell aus, wo soll der Strahl hingehen. Aber natürlich auch die Qualität des Strahls. Welche Art man hat, welche Intensität. Alles von hier eingestellt. Es gibt ja immer wieder Fragen, wo kommen wir eigentlich her? Wie ist das Universum entstanden? Und tatsächlich ist es so, dass viele dieser Fragen,

die wir da im ganz Kleinen untersuchen, Antworten geben über diese ganz großen Fragen. Aus was sind wir gemacht? Wie ist die Erde entstanden? Wie ist das Universum entstanden? Viele von den Daten, die Forscher brauchen, um das zu erklären, kann man mit so einer Anlage, wie wir sie hier betreiben, messen. Das ist übrigens das Besondere an den Darmstädter Anlagen.

Andere Beschleuniger arbeiten mit Protonen und Elektronen. In Darmstadt arbeitet man hingegen mit Schwerionen. Was man mit diesen Schwerionen alles machen kann, das erfahrt ihr in den anderen Videos, die wir euch wie immer unten verlinkt haben. Ich würde mich sehr freuen, wenn wir uns da wiedersehen würden. Machts gut, bis zum nächsten Mal.