Riesiger Magnet für Teilchenbeschleuniger

Fortschritt in der Wissenschaft kann es nur geben, wenn wir verstehen, wie die Natur funktioniert. Und zwar ganz genau. Besonders wenn es um die absoluten Grundlagen geht, die Elementarteilchen, der Stoff aus dem alles besteht, gibt es noch unzählige Fragen. Einen Teil dieser Fragen soll eine neue hochpräzise Forschungsanlage beantworten: der Elektronenbeschleuniger MESA der Universität Mainz. Ende 2025 soll er einsatzbereit sein. Das Herzstück: ein 21 Tonnen schwerer Magnet.

Das ist er. 3,80 Meter Durchmesser. Kostenpunkt: 3 Millionen Euro. Um ihn ins neue Forschungsgebäude zu bekommen, muss das Dach ab. Das Loch ist nur 4 Meter breit, wenig Spielraum. Ein aufregender Tag für die Kernphysiker der Uni Mainz.

Prof. Dr. Frank Maas, Kern- und Teilchenphysiker
„Von der ersten Idee bis heute sind 15 Jahre ungefähr vergangen. Das ist wie Weihnachten und Neujahr zusammen, wir hoffen, dass alles gut geht.“

Die Stunde der Wahrheit. Wind und Wetter spielen mit, alles läuft nach Plan. Das neue Forschungsgebäude wurde extra für den Teilchenbeschleuniger gebaut. Noch ist es hier recht leer. Die meisten anderen Teile kommen erst, wenn er an seinem Platz ist – das Herzstück, der supraleitende Magnet.

Prof. Dr. Frank Maas, Projektkoordinator
„Von außen sieht er relativ simpel aus, wie ein einfaches Stahlrohr, aber in dem Stahlrohr drin ist ein sehr komplexer Aufbau. Das ist unter Vakuum, dort ist die supraleitende Spule drinnen, dort sind Kühlsysteme drin, die den Magneten insgesamt dann auf minus 270 Grad abkühlen können.“

Supraleitende Magneten können dank ihrer extremen Kühlung ein sehr starkes Magnetfeld erzeugen. Unerlässlich für viele Versuche. Im Teilchenbeschleuniger werden Elektronen durch ein ausgeklügeltes System auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Prof. Dr. Frank Maas, Kern- und Teilchenphysiker
„Es gibt verschiedene Forschungsziele, die sind alle im Bereich der Grundlagenforschung. Wir wollen wissen, wie die Natur funktioniert, wie die Kräfte funktionieren, das ist ein großer Teil der Experimente, die hier stattfinden. Wie die Atomkerne innen drin aufgebaut sind, wie Proton und Neutron innen drin aufgebaut sind, das ist ein Teil dieser Forschung.“

Der neue, große Magnet bildet einen von drei Versuchsaufbauten der Anlage. Hier werden die beschleunigten Elektronen auf eine Probe geschossen, zum Beispiel ein Atomkern. So lassen sich Erkenntnisse über die Teilchen gewinnen. Der Magnet hat dabei eine lenkende Funktion. In einem anderen Experiment wollen die Forscher mehr über dunkle Materie herausfinden – einem der größten Rätsel unseres Universums. Hier in Mainz könnte Geschichte geschrieben werden, denn möglicherweise entdecken die Physiker dabei ganz neue, bisher noch unbekannte Teilchen. Ende 2025 soll die Anlage voraussichtlich in Betrieb gehen, 20 Jahre werden dann seit der Idee vergangen sein. Mit dem neuen Magneten nimmt die nun endlich Form an.