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CERN
Die Europäische Organisation für Kernforschung (Englisch: European Organization for Nuclear Research, Französisch: Conseil européen pour la recherche nucléaire), allgemein unter der Abkürzung CERN bekannt ist, ist das größte Labor der Welt fürTeilchenphysik. Es liegt an der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich, am westlichen Rand der Stadt Genf in der Gemeinde Meyrin. Die Konvention, welche das CERN begründete, wurde am 29. September 1954 von 12 Mitgliedsstaaten unterzeichnet. Heute umfasst 21 es Mitgliedsstaaten sowie einige Beobachter, einschließlich nicht-europäischen Staaten.
Der Hauptzweck des CERN ist Forschern Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, die sie für die Hochenergiephysik-Forschung benötigen. Dies sind vor allem die Teilchenbeschleuniger, die Atomkerne und subatomare Teilchen in sehr grosse Geschwindigkeit versetzen, und die Detektoren, die die Beobachtung der Produkte der Kollisionen zwischen den Strahlen dieser Partikel ermöglichen. Bei genügend hoher Energie, entstehen bei der Kollisionen viele verschiedene Teilchen. In einigen Fällen wurden auf diese Weise Teilchen, die bisher unbekannt waren, entdeckt.
Geschichte
Nach dem Zweiten Weltkrieg gab es den Wunsch nach einem europäischen Zentrum für Spitzenforschung, damit Europa die Vorrangstellung in der Physik wiedererlangen konnte, da sich die wichtigsten Forschungszentren in diesen Jahren in den Vereinigten Staaten befanden. Zu diesem Zweck versammelten sich im Jahr 1952 elf europäischen Länder zu einem Rat von Wissenschaftlern mit der Aufgabe, diesen Wunsch in die Realität umzusetzen. Der Rat wurde der Europäische Rat für Kernforschung (Französisch: Conseil européen pour la recherche nucléaire) genannt, aus dem das Akronym CERN gebildet wird. Im Jahr 1954 wird das Projekt des europäischen Forschungszentrums ins Leben gerufen und durch den Europäischen Rat für Kernforschung geprüft; daher erbt die Europäische Organisation für Kernforschung ihre Abkürzung.
Die Tatsache, dass die Abkürzung nicht vom Forschungszentrum, sondern vom Rat für Kernforschung abgeleitet wird, sorgt manchmal so sehr für Verwirrung, dass der Name im Volksmund abgeändert wird in Europäisches Zentrum für Kernforschung (Französisch: Centre Européen pour la recherche nucléaire), um die Übereinstimmung zwischen der Abkürzung und dem Namen des Forschungszentrums wiederherzustellen.
Derzeit sind 21 Staaten Mitglied des CERN.
Am 14. Dezember 2012 wurde dem CERN der Status eines Beobachters bei der Generalversammlung der Vereinten Nationen anerkannt.
Der Beschleunigerkomplex
Der Beschleunigerkomplex des CERN umfasst sieben Hauptbeschleuniger, die in verschiedenen Perioden seit der Gründung der Institution gebaut wurden. Von Anfang an wurde erwartet, dass jede neue und leistungsfähigere Maschine, die Vorangehenden als „Injektoren“ verwenden würde, um so eine Kette von Beschleunigern zu schaffen, die nach und nach einen Teilchenstrahl in immer höhere Energiezustände bringt. Um das Funktionieren dieser Kette zu ermöglichen werden alle Funktionen der Beschleuniger von einem einzigen Referenzsignal koordiniert, welches durch einem System von Atomuhren erzeugt wird und die ganze Installation versorgt, und während der Installation – mit einer Präzision im Bereich von Nanosekunden.
Die wichtigsten Beschleuniger des CERN:
- Zwei LINAC oder Linearbeschleuniger, die Niedrig-Energie-Teilchen erzeugen und aufeinanderfolgend in den PS-Booster einlassen. Sie werden LINAC2 und LINAC3 genannt und statten Protonen mit einer Energie von 50 MeV und Bleiionen mit einer Energie von 4,2 MeV pro Nukleon aus. Die ganze nächste Beschleunigerkette hängt von diesen Quellen ab.
- Der Low Energy Ion Ring (LEIR), der die Blei-Ionenstrahlen von 4.2 MeV auf 72 MeV pro Nukleon beschleunigt, begann 2010 in der Kette der Vorbeschleunigung für den LHC zu arbeiten.
- Die PS-Booster, bestehend aus 4 überlappenden Synchrotrons mit 25 m Radius, erhöht die Energie der Teilchen, die durch die LINAC erzeugt wurde, bevor er sie in die PS überführt. Er wird ausserdem auch für separate Experimente wie ISOLDE genutzt, welche die instabilen Kerne von sehr schweren Isotopen untersucht.
- Das Proton Synchrotron (PS), Baujahr 1959, ist ein Synchrotron mit einem Umfang von 628.3 m, der in der Lage ist, Protonen bis zu 28 GeV zu beschleunigen, zusätzlich zu einer ganzen Reihe von beschleunigten Teilchen für verschiedene Experimente. Insbesondere erhält es Protonen aus dem Proton Synchrotron Booster und Blei-Ionen aus dem Low Energy Ion Ring.
- Der Super Proton Synchrotron (SPS), einen Kreisbeschleuniger von 2 km Durchmesser, in einem Tunnel gebaut, der erstmals 1976 in Betrieb ging. Ursprünglich verfügte er über eine Energie von 300 GeV, wurde aber mehrmals aufgerüstet und ist nun auf dem aktuellen Stand von 450 GeV Beschleunigung pro Proton. Zusätzlich zu seinen eigenen, geraden Strahllinien für Experimente auf feste Zielscheiben,fungierte es als Proton-Antiproton-Collider und als die letzte Phase der Beschleunigung von Elektronen und Positronen, die in den Large Electron-Positron Collider (LEP) injiziert werden. Es hat diese Rolle als Vorbeschleuniger für die Protonen und Bleiionen übernommen bevor diese in den LHC eintreten.
- Der Large Hadron Collider (LHC) wurde am 10. September 2008, nach dem Abbau von LEP, in Betrieb genommen. Er hat einen Umfang von 27 km und wurde zunächst für die Beschleunigung von Protonen bis maximal 7 TeV eingeplant; um Elementarteilchen unter experimentellen Bedingungen, vergleichbar mit den ersten Momenten des Lebens des Universums, unmittelbar nach dem Urknall, zu untersuchen.