Teilchenbeschleunigeranlage

Hessens kosmischer Kreisverkehr

Von Rainer Hein
02.06.2019
, 13:00
Was die Welt im Innersten zusammenhält: Hier wird danach gesucht werden.
Heute 400 Arbeiter, nächstes Jahr 1300: Der Bau der internationalen Teilchenbeschleunigeranlage Fair in Darmstadt kommt gut voran. 2025 sollen die ersten Experimente stattfinden.
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Der Darmstädter Ortsteil Wixhausen hat überhaupt keine Ähnlichkeit mit der einsamen Insel, auf dem die amerikanische Schauspielerin Jessica Lange 1976 in der Neuverfilmung von „King Kong“ dem unheimlichen Herren dieses Eilandes begegnete. Aber wer auf dem Boden der Baustelle von SIS 100 steht, dem kommt unweigerlich der Gedanke, hier könne das Eingeborenendorf gelegen haben, dass sich vor dem Riesenaffen durch eine gewaltige Palisadenwand zu schützen versuchte. 17 Meter hohe Stützwände aus Metall und Holz ragen hinauf in den regenverhangenen Wixhäuser Himmel. Die Arbeiter, die unten auf dem Boden Metallgitter und Beton verarbeiten, wirken vor dieser Kulisse so unscheinbar wie Ameisen.

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Das archaische Bild trügt natürlich. Die Großbaustelle für die internationale Teilchenbeschleunigeranlage Fair stellt nicht die Kulisse für eine Reise in die Vergangenheit dar, sondern ein Versprechen auf die Zukunft wissenschaftlicher Grundlagenforschung. Die Geheimnisse, die in einigen Jahren Physiker aus aller Welt in Darmstadt zu lüften hoffen, zielen statt auf filmreife Kreaturen auf den schwer sichtbar zu machenden Zustand der kosmischen Materie ab. Wie er zum Beispiel in einem Neutronenstern herrscht, der nach einer Supernova entstanden ist und eine Dichte aufweist, die alle Dimensionen auf der Erde sprengt. Damit das Universum experimentell nach Südhessen geholt werden kann, muss zunächst aber SIS 100 betriebsbereit sein. So lautet die Bezeichnung für den Teilchenbeschleuniger-Ring mit einem Durchmesser von 1100 Metern, in dem in ein paar Jahren Ionen fast Lichtgeschwindigkeit erreichen sollen.

Spatenstich vor zwei Jahren

Der symbolische erste Spatenstich für das Bauvorhaben des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Fair GmbH, an der neben Deutschland acht weitere Nationen Gesellschafter sind, fand vor fast genau zwei Jahren statt. An der Zeremonie war auch Jörg Blaurock beteiligt. Damals stand der Technische Geschäftsführer genau dort, wo heute in 17 Meter Tiefe Arbeiter die Bodensohle des Ringbeschleunigers ausbetonieren. Die ersten 25 Meter des Tunnels sind inzwischen fertiggestellt. In den anderen Abschnitten entstehen Verschalungen und Bewehrungen. Aber nicht nur am Herzstück des Beschleunigerzentrums wird gearbeitet.

Auf der 20 Hektar großen Baustelle, die sich nördlich direkt an das bestehende GSI-Zentrum anschließt, sind im Moment Arbeiter auch dabei, die Grube für das „Kreuzungsbauwerk“ fertigzustellen, quasi das Weichenstellwerk für den künftigen Wixhäuser Teilchenverkehr. Fair ist die Bezeichnung für einen ganzen Komplex aus unter- und oberirdischen Beschleuniger- und Experimentierbauwerken, Laboren, Betriebs- und Versorgungsbauten – alles in allem 20 Gebäude, die vom Ringbeschleuniger künftig jederzeit „beliefert“ werden sollen.

Im Moment arbeiten 350 bis 400 Arbeiter auf der Großbaustelle. Schon nächstes Jahr werden es bis zu 1300 sein. Die Dimensionen, um die es geht, zeigen einige Vergleiche: Für Fair ist so viel Erde zu bewegen wie beim Bau von 5000 Einfamilienhäusern, es wird achtmal so viel Beton verbaut wie einst für das Frankfurter Fußballstadion sowie 60.000 Tonnen Stahl, was neun Eifeltürmen entspricht.

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Darmstadts teuerster Flecken Erde

„Unser Projekt macht große Fortschritte“, sagt Blockrock, der einmal Bundeswehroffizier war. Nun koordiniert er als eine Art „Baustellengeneral“ mit einem Team von Mitarbeitern das tägliche Leben auf Darmstadts teuerstem Flecken Erde – von der Auftragsvergabe und Logistik bis zu den Einsatzterminen. Dass der Präzisionsgrad enorm ist, zeigt eine Kartenwand, auf der für jede beauftragte Firma die Einsatzzeiten verzeichnet sind – bis hin zur Angabe, wann wer welchen Bauabschnitt betreten und welche Tür zur Anlieferung benutzen darf. Einen hohen Präzisionsgrad hat inzwischen auch die Kostenkalkulation erreicht. Die musste in der Vergangenheit immer wieder angepasst werde, zuletzt vor wenigen Wochen mit einem Aufschlag von 850 Millionen Euro auf die Planzahlen von 2015. Die lagen bei 1,6 Milliarden Euro Gesamtkosten.

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Risikoanteil für „Unvorhergesehenes“ eingeplant

Wie Blaurock sagt, kam für ihn der Kostenanstieg nicht überraschend. Als er 2016 bei der Fair GmbH begann, geschah dies im Rahmen eines Umbaus des Managements mit dem Ziel, auch die Kostenschätzung zu präzisieren. Dies sei zuvor schwer möglich gewesen, weil bestimmte technische Komponenten für Fair wie zum Beispiel supraleitende Magnete als Prototypen in Auftrag gegeben worden seien, sagt Blaurock. Inzwischen handele es sich um Serienanfertigungen, die preislich gut kalkuliert werden könnten. Hinzugekommen seien seit 2015 zusätzlich steigende Marktpreise aufgrund der guten Baukonjunktur und neuer Brandschutzauflagen. Unsicherheiten könnten auch künftig nicht ausgeschlossen werden. Deshalb sei für „Unvorhergesehenes“ ein Risikoanteil eingeplant worden.

Für den Fortgang von Fair spielt eine zentrale Rolle die Stellung des neuen Beschleunigerzentrums in der globalen Forschungslandschaft. Dessen herausragende Stellung hat ein international besetztes Expertengremium jüngst bestätigt. Es seien bahnbrechende neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit des Universums und der Materie zu erwarten, urteilten die Fachleute – und zwar auf Jahrzehnte. Für einen GSI-Wissenschaftler stellt Fair die „perfekte Ergänzung“ zum viel größeren Teilchenbeschleuniger CERN dar. Während es in der Schweiz darum gehe, dem Urknall wissenschaftlich näher zu kommen, sei das Ziel der Forschung in Darmstadt, die Entwicklungsgeschichte des Universums besser zu verstehen. „Dabei macht uns einzigartig, dass wir alle Elemente des Periodensystems und Antiprotonen beschleunigen können.“

Gigantisch: die Baugrube, in einer Teilansicht.
Gigantisch: die Baugrube, in einer Teilansicht. Bild: Cornelia Sick

Dazu braucht es aber eine Forschungsanlage von der Größe einer kleinen Stadt. Eine Versuchsanordnung könnte im künftigen Wixhäuser Simulationskosmos etwa so aussehen: Ein kleines Uranstückchen liegt in einem Labor bereit. Daraus werden Uran-Ionen freigesetzt und in den ersten Teilchenbeschleuniger gelenkt, der seit Jahren auf dem GSI-Gelände für Versuche zur Verfügung steht. In dessen Vakuumröhren beschleunigen die Ionen in Sekundenbruchteilen auf 47.000 Kilometer je Sekunde und gleiten dann in den zweiten Beschleuniger, wo sie in weniger als einer Sekunde 270.000 Kilometer Geschwindigkeit erreichen, 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. So schießen sie in den großen Fair-Ringbeschleuniger in 13,5 Meter Tiefe ein, wo sie durch supraleitende Magnete auf 95 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gebracht werden.

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Was die Welt im Innersten zusammenhält

Jetzt erst sind die Uran-Ionen bereit zum großen Crash. Über das „Kreuzungsbauwerk“ werden sie zum gewünschten Experimentierplatz gelenkt, wo sie mit großer Wucht auf Materialproben prallen. Dabei entstehen Zustände der Materie, wie sie sonst nur im Universum vorkommen, nun im Labor aber mit Hilfe von Detektoren erforscht werden können. Zum Beispiel Antiprotonen und spezielle Isotope, die beim Aufprall entstanden sind und in Speicherringen eingefangen werden.

Es geht bei solchen Fair-Experimenten um faustische Fragen wie die nach der „Starken Kraft“, die unsere Welt im Innersten zusammenhält, zum Wesen der Antimaterie oder um eine weitere Überprüfung der Quantenelektrodynamik als einer grundlegenden physikalischen Theorie. Es geht aber ebenso um praktische Dinge. Die Ionenstrahlung der GSI wird inzwischen zur Krebsbehandlung eingesetzt. Möglicherweise wird in einem oder in zwei Jahrzehnten ein deutscher Astronaut dank der Fair-Forschung über die Wirkung kosmischer Strahlung auf menschliche Körper mit einem neuartigen Raumanzug gefahrlos zum Mars fliegen können und ein Darmstädter Start-up Elektronikteile entwickeln, die auch einen langen Aufenthalt im All vertragen. Davor ist aber noch reichlich Beton und Eisen zu verbauen. Auch nach viel Regen bleibt Blaurock im tiefsten Baustellenmorast optimistisch: „2025 können wir die ersten wissenschaftlichen Experimente starten.“

Quelle: F.A.S.
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