Physik-Großprojekt „FAIR“

„Die größten Entdeckungen kommen stets unerwartet“

© Frank Röth, F.A.Z.

Herr Giubellino, was waren Ihre Beweggründe, die wissenschaftliche Leitung von GSI und FAIR zu übernehmen?

Nachdem mein Mandat als Sprecher von „Alice“, eines der vier Großexperimente am europäischen Forschungszentrum Cern, endete, suchte ich nach einer neuen Herausforderung. Für einen Physiker, der auf dem Gebiet der starken Wechselwirkung arbeitet, ist die Stelle als wissenschaftlicher Geschäftsführer eine große Ehre und Herausforderung. FAIR (Anm. d. Red. „Facility for Antiproton and Ion Research“) ist mit Sicherheit das bedeutendste Großprojekt in der Kernphysik und in angrenzenden Forschungsgebieten. Also was kann es besseres geben als, für eine solche Einrichtung zu arbeiten?

Was macht GSI/FAIR so besonders für Sie?

FAIR wird, wenn es fertig gebaut ist, eine der leistungsfähigsten und größten Teilchenbeschleunigeranlagen der Welt sein. Es existiert nichts Vergleichbares in der Kernphysik. Es gibt zwar einige Einrichtungen, die auf unterschiedlichen Gebieten konkurrieren: die Forschungszentren „Riken“ in Japan und „JINBR“ in Russland sowie der amerikanische Schwerionen-Beschleuniger „Rhic“ in Brookhaven, das „Lawrence Livermore National Laboratory“ in Berkeley und die Anlage „FRIB“ an der Michigan State University. Jede dieser Anlagen konzentriert sich auf einen bestimmten Aspekt.

„Ich will, dass FAIR das beste kernphysikalische Laboratorium der Welt wird.“
© Frank Röth, F.A.Z.

FAIR wird auf allen diesen Gebieten Spitzenforschung mit zum Teil einzigartigen Möglichkeiten bieten. Deshalb sind die über eine Milliarde Euro für FAIR gut investiert.

Und was dürfen wir dafür erwarten?

FAIR wird extrem intensive Strahlen von Antiprotonen und Ionen aller Elemente liefern. Das erlaubt es beispielsweise, sehr seltene instabile Isotope zu erzeugen, die bei der Synthese der schweren Elemente im Universum eine Schlüsselrolle spielen. Das Herzstück von FAIR ist ein supraleitender Ringbeschleuniger mit einem Umfang von 1100 Metern.

Dort werden starke supraleitende Magnete mit schnell variierbaren Feldern verwendet, was eine besondere Herausforderung ist. Derzeit entwickeln wir an der GSI die entsprechende Technik dafür. Eine weitere Besonderheit der FAIR-Anlage sind Speicherringe. Für diese wurden an der GSI spezielle Kühltechniken entwickelt, mit denen man die unerwünschte Energieunschärfe eines Teilchenstrahls auf ein Minimum reduzieren kann. Dadurch können Wissenschaftler hochpräzise Untersuchungen in der Kern- und Atomphysik machen.

Auf diesem Gelände der GSI in Darmstadt wird in wenigen Jahren die komplexe Beschleunigeranlage FAIR stehen.
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Warum hat man für GSI und FAIR nur einen wissenschaftlichen Geschäftsführer vorgesehen, obwohl es sich um zwei große Einrichtungen handelt?

Man kann GSI und FAIR nicht unabhängig voneinander betrachten. GSI gehört zu FAIR, wie FAIR zur GSI. Schließlich wird der Beschleunigerkomplex auf dem GSI-Grundstück errichtet. Die Hauptaktivitäten der GSI konzentrieren sich derzeit auf das FAIR-Projekt. Wir entwickeln hier viele Komponenten der Teilchenbeschleuniger und der Experimente. Derzeit rüsten wir die existierenden Beschleunigeranlagen der GSI auf, um sie später wie geplant als Vorstufen für die FAIR-Teilchenbeschleuniger nutzen zu können. Bereits im kommenden Jahr werden wir ein neues Kontrollsystem an den verbesserten GSI-Anlagen testen.

Bald wehen noch mehr Fahnen vor dem Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung, GSI, in Darmstadt
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Darüber hinaus sind bereits viele Beschleuniger- und Detektorkomponenten von anderen an dem Großprojekt beteiligten Instituten entwickelt und geliefert worden. Alles wird hier getestet. Nach erfolgreichen Tests planen wir mit den ersten Detektorkomponenten auch schon die ersten wissenschaftlichen Experimente. Dies zeigt, wie eng die Aktivitäten zur Realisierung von FAIR und der Nutzung der GSI-Anlage – insbesondere der Komponententests – verknüpft sind.

Was ist Ihre konkrete Aufgabe hier an der GSI?

Ich will, dass FAIR das beste kernphysikalische Laboratorium der Welt wird – im Rahmen der finanziellen Mittel natürlich. Dazu gehört, wie bereits erwähnt, neben dem Aufbau der FAIR-Beschleuniger und der Experimente, die Entwicklung eines zwar zeitlich eingeschränktem, aber wissenschaftlich anspruchsvollen Forschungsprogramms an den verbesserten GSI-Beschleunigeranlagen mit neuen Detektorkomponenten. Somit werden wir auch während der Bauphase der internationalen Wissenschaftlergemeinde attraktive Experimentiermöglichkeiten bieten können, was insbesondere für die wissenschaftliche Ausbildung des FAIR-Nachwuchses wesentlich ist.

Paolo Giubellino erklärt ein geplantes FAIR Experiment zum Quark-Gluon-Plasma.
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Wie viele Länder sind derzeit an FAIR beteiligt?

Etwa fünfzig Nationen engagieren sich bei FAIR. Insgesamt werden rund 3000 Wissenschaftler an den Experimenten arbeiten und forschen. Als Gesellschafter sind Institute aus Deutschland, Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien sowie als assoziiertes Mitglied Großbritannien maßgeblich beteiligt.

Müssen Sie befürchten, dass England im Zuge des Brexits ausschert?

Nein, denn FAIR ist ein international aufgestelltes Projekt.

Welche bahnbrechenden Entdeckungen erwarten sie bei FAIR?

Die größten Entdeckungen kommen stets unerwartet. Das war schon immer so. Und das wird auch hier so sein, weil FAIR ganz neue experimentelle Möglichkeiten bietet. Auf der Agenda stehen neben den wichtigen Fragen der Kernphysik viele Untersuchungen auf den Gebieten der Atomphysik, Biophysik und Plasmaphysik sowie der Materialforschung. Wir wollen etwa offenen Fragen der Nukleosynthese nachgehen, also besser erforschen, wie in den Sternen die schweren Elemente entstanden sind.

Der GLAD-Detektormagnet für ein künftiges FAIR-Experiment steht bereits 
in einer Halle der GSI in Darmstadt.
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Deshalb werden wir bei FAIR Bedingungen schaffen, wie sie im Inneren massereicher Sterne vorherrschen. Außerdem wollen wir Materiezustände erzeugen, wie sie etwa im Inneren von Neutronensternen existierten. Dabei werden die Kernbausteine, die Neutronen und Protonen, so verdichtet, dass sie sich auflösen. Es entsteht ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma, in dem die darin üblicherweise eingeschlossenen Quarks und Gluonen sich wie freie Teilchen verhalten.

Wird es Anwendungen geben, für das, was sie erforschen?

Es wird jede Menge Spin-Off geben. So hat man an der GSI eine neue Therapie entwickelt, bei der mit Strahlen aus energiereichen Kohlenstoff-Ionen effizient und schonend Hirntumore behandelt werden. In Heidelberg und Marburg werden mit dieser Strahlentherapie inzwischen Patienten routinemäßig behandelt.In Zukunft könnten sich mit Teilchenstrahlen auch Herzfehler punktgenau und ohne Operation behandeln lassen, wie erste Tierstudien gezeigt haben.

Bei der GSI und später an FAIR werden enorme Datenmengen anfallen. Wir arbeiten an neuen Konzepten, wie wir die immensen Daten speichern, vorhalten und bearbeiten können. Dafür haben wir eines der weltweit energieeffizientesten Rechenzentren gebaut. Die Computer werden mit einem speziellen Verfahren mit Wasser gekühlt, statt wie üblich mit Lüftern, so dass viel Energie und Platz gespart wird.

Der Cry-Speicherring aus Schweden steht schon in einer Halle der GSI  Darmstadt.
© Frank Röth, F.A.Z.

Was ist der aktuelle Zeitplan für FAIR? Wann geht es los?

Die Anlage soll 2025 fertig sein. Ab 2021 werden wir eine stufenweise Inbetriebnahme vornehmen können. Mit den aufgerüsteten Beschleunigern der GSI und neuen FAIR-Detektorkomponenten werden wir bereits im kommenden Jahr erste Experimente durchführen. Einen ersten Speicherring von FAIR, den Cryring, haben wir hier aufgebaut. In ihm sind bereits die ersten Teilchen gekreist. Die Anlage wurde von Schweden als Beitrag zu FAIR geliefert. So werden wir uns Stück für Stück unserem Ziel nähern.

Das Gespräch führte Manfred Lindinger.

Die Beschleunigeranlage „FAIR“

Vor den Toren von Darmstadt soll mit dem Teilchenbeschleunigerzentrum „FAIR“ eine in Europa einzigartige Forschungsstätte entstehen. Mehr als 3000 Wissenschaftler aus 50 Nationen sollen dort eines Tages an den 14 geplanten Experimentierplätzen forschen können. Die „Facility for Antiproton and Ion Research“ wird vor allem der physikalischen Grundlagenforschung dienen und soll offene Fragen der Astrophysik und Kernphysik beantworten. Das Herzstück von Fair bildet ein Ringbeschleuniger mit einem Umfang von einem Kilometer. Dieser wird an die bereits vorhandene Beschleunigeranlage der Gesellschaft für Schwerionenforschung GSI in Wixhausen angeschlossen, die energiereiche Ionen und Antiprotonen zur Verfügung stellt. Beteiligt sind an dem ambitionierten Projekt neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien sowie als assoziiertes Mitglied Großbritannien.

Die Teilchen werden in den Fair-Beschleuniger eingespeist, darin extrem beschleunigt und dazu verwendet, gezielt neue Ionen aus verschiedenen Materialien mit hoher Intensität zu erzeugen. Die Bürger aus der Region sind dem Projekt insgesamt positiv gegenüber eingestellt. Selbst als man ankündigte, die Bäume des Fair-Areals zu fällen, gab es keinen nennenswerten Widerstand der Öffentlichkeit. Die Betreiber von Fair verfolgten von Anfang an mit einer Reihe von Veranstaltungen eine offene Informationspolitik, die bei der Bevölkerung offenkundig gut angekommen ist.

Quelle: F.A.Z.
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