Reise in den Mikrokosmos – Neue Ausgabe des Magazins "Forschen in Jülich" erlaubt "EinBlick ins Atom

Warum sieht die Welt so und nicht anders aus? Woraus besteht sie? Was hält sie zusammen? Diese zentralen Fragen stehen im Mittelpunkt der neuen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Forschen in Jülich“. „EinBlick ins Atom“ erzählt, wie Jülicher Wissenschaftler im Zentrum der Atome – in den Atomkernen – nach dem Bauplan der Natur fahnden. Dazu lassen sie am Jülicher Teilchenbeschleuniger COSY beispielsweise Protonen, das sind Bausteine des Atomkerns, mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aufeinander prallen und erzeugen dabei für Sekundenbruchteile neue Partikel: Diese verraten den Physikern vieles über die Kräfte, die im Innern des Atomkerns und zwischen Elementarteilchen herrschen.

„Es war wirklich das unglaublichste Ereignis, das mir in meinem Leben je begegnet ist. Es war fast so unglaublich, als wenn man eine 15 Zoll Granate auf ein Stück Seidenpapier abfeuerte und sie käme zurück und man würde von ihr getroffen.“ So schilderte Ernest Rutherford seine Überraschung, als er bei seinen berühmten Streuversuchen mit Alphastrahlung am Anfang des letzten Jahrhunderts den Atomkern entdeckt hatte.
Rutherford demonstrierte damit eindrucksvoll, wie man mit Teilchenstrahlen das subatomare Reich erkunden kann. In riesigen Teilchenbeschleunigern führen die Physiker heute Experimente nach dem gleichen Prinzip durch – nur können sie inzwischen weit tiefer in die Materie hineinblicken als es Rutherford seinerzeit möglich war. Dabei erleben sie ähnliche Überraschungen, denn in der Welt der kleinsten Teilchen gibt es noch viele Geheimnisse. Auch am Forschungszentrum Jülich betreiben die Forscher einen Teilchenbeschleuniger, das CoolerSynchrotron COSY. Mit COSY können sie die Bestandteile des Atomkerns, die Hadronen, beobachten – COSY ist sozusagen ein Mikroskop für sehr kleine Strukturen. Die Forschungen am COSY ergänzen damit diejenigen an den größeren Beschleunigern am CERN bei Genf oder bei DESY in Hamburg, mit denen die Physiker vor allem die Bestandteile der Hadronen, die Quarks, untersuchen. Quarks gelten heute als elementare – unteilbare – Bausteine der Materie.
Die Hadronen geben den Physikern noch viele spannende Rätsel auf. Mit welchen Methoden, Experimenten und Theorien die Physiker diese lösen wollen, darüber informiert das neue „Forschen in Jülich“. Im ersten Artikel stellt sich „Eine coole Maschine – das CoolerSynchrotron COSY“ vor. Viele technische Besonderheiten machen die 184 Meter lange, ovale Teilchenrennbahn zu einem weltweit einzigartigen Forschungsinstrument. Hier werden Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und prallen dann auf ein Ziel. Der Protonenstrahl läuft zwar niemals von alleine rund, aber „Mit Herz und Verstand“ sorgt das 50-köpfige COSY-Team dafür, dass 350 Forscher aus aller Welt in Jülich immer optimal experimentieren können. Damit ihnen auch die wirklich „Seltenen Ereignisse“ in Millionen von Teilchen-Crashs nicht entgehen, lauern im und um den COSY-Ring viele verschiedene raffiniert konstruierte Messgeräte auf frisch erzeugte Teilchen. „Das Spiel der Kräfte“ beobachten die Forscher, wenn sie Experimente am COSY durchführen. Insbesondere dem Geheimnis der starken Kraft sind sie dabei auf der Spur: Sie hält die Hadronen in den Atomkernen und damit die Welt im Innersten zusammen.
Auf ihrer Reise in die Welt der kleinsten Teilchen haben die Physiker bereits „Vielfältige Nebenwirkungen“ zutage gefördert, die unter anderem in der Nuklearmedizin eine Rolle spielen. „Tiefe Einsichten“ erhalten sie, wenn sie am COSY Experimente zur künftigen Spallations-Neutronenquelle ESS durchführen. Und wenn die Physiker Theorien über das in vielen Fällen noch rätselhafte Verhalten der Hadronen entwickeln, spüren sie eine „Starke Kraft zwischen Rechts und Links“. Manche Fragen aber, die ihnen unter den Nägeln brennen, können die Jülicher Physiker mit COSY nicht beantworten. Es zieht sie daher „In die weite Welt hinaus“, um an anderen Beschleunigern die erhofften Antworten zu erhalten – beispielsweise, wenn es um die geheimnisvolle Antimaterie geht. COSY befindet sich derweil „Geordnet auf Zukunftskurs“, denn um weitere Geheimnisse im Reich der kleinsten Teilchen zu lüften, muss der Beschleuniger ständig weiterentwickelt werden.
Auf 38 Seiten nimmt „EinBlick ins Atom“ den Leser mit auf eine Reise in die sonderbare Welt der kleinsten Teilchen.