Interview: Alice im Magnet

Herr Munzinger, Sie sind als GSI-Wissenschaftler am Bau des weltgrößten Teilchenbeschleunigers in Genf beteiligt. Forscher wollen dort die Mikrosekunden nach dem Urknall nachstellen. Was bedeutet das Projekt für Sie als Physiker?

Es ist die Erfüllung eines wissenschaftlichen Traums. Ich ging bald nach dem Studium in Heidelberg in die USA und habe dort viele Jahre an der Ostküste gelehrt und geforscht. Ein Grund, dass ich nach Deutschland zurückgekehrt bin, war die Aussicht, bei der GSI an diesem Projekt mitwirken zu können. Die Vorbereitungen und die Arbeit für den großen Kollisionsbeschleuniger LHC laufen bereits seit mehr als zehn Jahren.

Sie sind der Leiter des Teams, das Teile des Alice-Experiments am LHC konzipiert hat und betreut. Was genau passiert bei Alice?

Alice ist eines der vier großen Experimente an dem Beschleuniger und steht für "A Large Ion Collider Experiment". Dabei werden Bleikerne, die zu den schwersten Ionen zählen, mit hoher Energie und Geschwindigkeit aufeinandergeschleudert. Das Experiment soll den Urzustand der Materie herstellen. Wir wollen im Labor künstlich die Materie erzeugen - die heute natürlich nicht mehr vorkommt - die aber bis etwa zehn Mikrosekunden nach dem Urknall existiert hat.

Was erhofft sich die Wissenschaft davon?

Die Existenz dieser Materie gehört zur Vorhersage des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Insofern ist schon der Nachweis allein wichtig. Es würde uns erlauben, die Dynamik der Evolution des Universums zu studieren. Die Teilchen dieser Materie, der Ursuppe des frühen Universums, sind nicht die normalen Teilchen, die wir heute im Innern der Atomkerne vorfinden: nämlich Protonen und Neutronen.

Wie sehen die Teilchen der Ursuppe denn aus?

Die Bausteine von Protonen und Neutronen sind Quarks und Gluonen. Und diese sind zum gegenwärtigen Zeitpunkt überhaupt nicht frei beweglich. Sie sind seit den Mikrosekunden nach dem Urknall fest in den Kernbausteinen eingeschlossen.

Und die wollen sie mit Alice sichtbar machen?

Es gibt viele Teilchen, die wir bisher nicht beobachten konnten, die aber wichtiger Bestandteil der Theorie des Standardmodells sind. Wir möchten gerne verstehen, wie alles zusammenhängt und funktioniert und das hat bisher niemand geschafft. Wir wollen einen Zustand produzieren, in dem Quarks und Gluonen frei beweglich sind mit einem möglichst großen Volumen. Alice zielt darauf, eine solche Ursuppe, das Quarks-Gluon-Plasma, wieder herzustellen in Form von winzig kleinen, heißen und dichten Feuerbällen, wie sie beim Zusammenstoß von Atomkernen entstehen.

Das Experiment ist einmalig?

Es gab erste Experimente Mitte der 80er Jahre mit Goldstrahlen in einem Beschleuniger in der USA sowie mit von GSI am CERN produzierten Bleistrahlen. Auf dieser Grundlage wurde ein Schwerionen-Kollisionsbeschleuniger mit Namen RHIC am Brookhaven National Laboratory gebaut. Die Vorversuche sowie die RHIC-Experimente zeigen, dass eine solche Materie existiert und ganz erstaunliche Eigenschaften hat. Die Experimente am LHC in Genf sind jetzt nochmals um den Faktor 30 höher in der Energie. Der Feuerball in einem Mini-Urknall dort wird entsprechend größer und heißer sein und länger existieren. Das wird uns helfen das Quarks-Gluon-Plasma eingehend und im Detail zu studieren.

Wie muss man sich die Alice-Apparatur vorstellen?

So riesig wie eine Halle. Alice sitzt im größten Magneten der Welt, angeschlossen an den 27 Kilometer langen Teilchenbeschleuniger LHC. Der Magnet übrigens enthält so viel Eisen wie der Eiffelturm in Paris. Der Detektor selbst ist aufgebaut aus 16 Komponenten, die wie eine Zwiebel in Schichten angeordnet sind. Eine wichtige Komponete ist die Zeit-Projektionskammer, die mittendrin sitzt. Ein Zylinder mit fünf Metern Durchmesser und fünf Metern Länge mit 100 Kubikmeter Volumen, gefüllt mit Gas. Wenn geladene Teilchen ihn durchlaufen, ionisieren sie das Gas. Damit können wir die dreidimensionale Spur aller Teilchen mit einer Präzision von Submillimetern rekonstruieren. Man kann sich das wie eine Digitalkamera vorstellen.

Diese Kammer haben Sie entworfen?

Wir sind ein Team aus 60 Wissenschaftlern. Der Schwerpunkt der Beiträge stammt von Universitäten aus Heidelberg, Darmstadt und Frankfurt sowie vom CERN und der GSI. Es gibt zusätzlich noch Institute in Schweden, Norwegen, Polen, Dänemark und der Slowakei. Insgesamt arbeiten 1000 Wissenschaftler an Alice. Das Experiment kostet rund 100 Millionen Euro, die Zeit-Projektionskammer 15 Millionen. Die Herausforderung war, dass es nur einen Versuch gab. Wir konnten keinen Prototyp bauen und dann daran herumfeilen. Die Anlage musste beim ersten Mal gelingen.

Das tut sie. Wie war es, das erste Mal die Experimente zu starten?

Das sind die Augenblicke, in denen man weiß, warum man Wissenschaftler werden wollte. Dieser Eindruck wird nicht mehr verschwinden und ich weiß noch genau die Uhrzeit. In der Nacht zum 6. Dezember 2009 haben wir den Detektor das erste Mal angestellt. Nach einigen Verzögerungen kam es am Morgen gegen 7.30 Uhr dann tatsächlich zu den ersten Teilchenkollisionen. Bis Weihnachten haben wir rund 500000 dieser Ereignisse aufgenommen und sind dabei sie zu analysieren.

Geht das von Darmstadt aus?

Ich bin mindestens einmal die Woche in Genf, aber wir können auch von Darmstadt aus die Experimente verfolgen. Am CERN und bei der CSI haben wir dafür wichtige Beiträge für das World Wide Grid entwickelt - ein internationales Netz von Großrechnern, um die große Datenflut der Experimente rechnen und transportieren zu können. Einer davon steht in Darmstadt.

Interview: Astrid Ludwig