CERN – ein Magnet für die große experimentelle Physik

Interview mit dem Physiker Paul Gravilă von der West-Universität Temeswar

Sonntag, 18. September 2016

Auch bei Hunderten von Kilometern Entfernung von Genf: Ein Laptop reicht heute aus, um sich mit den anderen Forschern am CERN zu vernetzen.
Foto: Zoltán Pázmány

Seit dem 5. September weht am Sitz von CERN in Genf die rumänische Fahne. In diesem Jahr ist Rumänien der 22. Mitgliedsstaat der Europäischen Organisation für Kernforschung geworden. Forscher aus Rumänien haben ihre Zusammenarbeit an den CERN-Projekten jedoch schon vor Jahren begonnen. Einer von ihnen ist Paul Gravilă von der Fakultät für Physik an der West-Universität Temeswar. „Wie ist das Universum aufgebaut? Wie ist es entstanden? Die Physiker bei CERN suchen Antworten, indem sie einige der stärksten Teilchenbeschleuniger weltweit nutzen“, steht auf der Homepage der Organisation. Wie das funktioniert, erklärte Paul Gravilă in einem Interview mit ADZ-Redakteurin Ştefana Ciortea-Neamţiu.

Wie hat Ihre Zuneigung zur Physik begonnen?

Von klein auf war ich am inneren Aufbau der Dinge und ihrer Funktionsweise interessiert. Deshalb nahm ich auch die Spielsachen auseinander, die ich bekam. Als meine Eltern mir dann ein ferngesteuertes Auto schenkten, was damals eine Seltenheit war, hatte ich es bereits am Tag darauf auseinandergebaut. Aus den Gesprächen der Erwachsenen hatte ich von Physik gehört, also interessierte ich mich bereits vor dem ersten Physikunterricht für diesen Bereich. Im Lyzeum wurde mir immer klarer, dass es die Fakultät für Physik ist, die ich absolvieren wollte und dann in Temeswar auch besucht habe. Dann hatte ich die Chance, noch ein Jahr in Bukarest im Bereich Kernphysik zu studieren. Danach kam die Revolution und ich hatte gar nicht gehofft, so schnell an der Universität unterrichten zu können, aber 1990 konnte ich hier als Assistent beginnen.
 

Sie haben in Zürich promoviert und sind auch ehemaliger DAAD-Stipendiat. Wie wichtig waren diese beiden Ausbildungen für Ihre heutige Forschung und die Zusammenarbeit mit CERN?

Das ist nicht einfach zu erklären. Als Erstes hatte ich ein DAAD-Stipendium, der Forschungsbereich kam nahe an die Teilchenphysik, aber ich wusste noch nicht genau, wie es weitergehen soll mit der Doktorarbeit. Dann kam das Angebot, in Zürich zu promovieren. Mir hat es auch gefallen, dass der Professor mir angeboten hat, nach der Promotion weiter zusammenzuarbeiten. Das Fach, in dem ich promoviert habe, war Quantenfestkörperphysik, mit sehr vielen Computer-Simulationen - ich war wahrscheinlich eine der ersten Personen in Rumänien, die eine E-Mail-Adresse hatte. Damals hatte ich unter Computer eine Maschine verstanden, die wissenschaftliche Berechnungen ausführt. Man konnte noch nicht voraussehen, wie wichtig er einmal für die Kommunikation werden würde. Damals war ein Computer ein „stand alone“, man hat ihn für Berechnungen gebraucht. Für mein Promotionsfach brauchte ich gute Computer, die es damals in Zürich gab. Nach der Promotion bin ich zurückgekehrt, das war ein „gentlemen‘s agreement“ mit den Schweizern.
 

War es denn möglich, in diesem Bereich hier weiter zu forschen?

Das war nicht mehr so einfach, ich hatte das Team nicht mehr, auch wenn ich noch ein paar Mal nach Zürich gefahren bin. Es fehlten mir die Infrastruktur und die täglichen Beziehungen zu den Leuten. Die Promotion hatte keinen Zusammenhang mit der Teilchenphysik, aber sie war immer mein Hobby. Ich habe mich dann umorientiert und begonnen, eine Vorlesung über Teilchenphysik zu halten. Die Studenten haben in den Fragebögen, in denen sie die Vorlesungen bewerten müssen, diese sogar mehrfach als die beste angeben. Danach habe ich begonnen, mich professionell damit zu beschäftigen.
 

Seit wievielen Jahren beschäftigen Sie sich nun mit Teilchenphysik?

Seit mehreren Jahren, ich habe viel gelesen. Professionell aber befasse ich mich seit 2012 damit, da bin ich in den Vertrag mit dem rumänischen Team eingestiegen, welches von Bukarest aus, vom Institut für Physik und Kernenergietechnik Horia Hulubei „IFIN-HH“, die Zusammenarbeit mit dem CERN leitet. So ist auch die West-Universität ins Projekt aufgenommen worden.
 

Sie beschäftigen sich mit der Partikel-Theorie. In der Presse wird vom „Teilchen Gottes“ gesprochen. Was ist das für ein Teilchen? Wie kann man das für jedermann erklären?

Das ist ein außergewöhnliches Teilchen, wir nennen es ein skalares Partikel, das erste elementare skalare Partikel, welches gefunden wurde. Ein skalares Feld ist wie ein Temperaturfeld, es ist kein Vektor damit verbunden, nur ein Wert. Die Physiker verwenden die Bezeichnung „Gottes Partikel“ allerdings nicht, obwohl ein Physiker das gesagt hat, aber man weiß nicht, ob er nicht „God damn particle“ gesagt hat, als man es nicht gefunden hat. Die Existenz des Partikels wurde 1964 theoretisch von Peter Higgs und anderen Forschern vorausgesagt. Es war so ein Zeitgeist. Unabhängig voneinander haben es die Forscher vorausgesagt. Das zeigt, wie großartig die Physik arbeitet. 50 Jahre später kam der experimentelle Fund in CERN; die Detektoren wurden gebaut, um dieses Teilchen zu finden, um dieses Teilchen war das ganze Projekt gewachsen.

Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass die Entdeckung eines Partikels nicht ein Event ist, kein einziges Ereignis, sondern eine Statistik, man muss Tausende oder sogar Millionen von Fällen haben, wo sich dann dieses Teilchen zeigt, also vom Hintergrund abhebt. Es reicht nicht, wenn man das Teilchen einmal erzeugt. Im Beschleuniger ist nicht nur die Energie wichtig, sondern auch die Luminosität (Lichtstärke), wie oft die Protonen zusammenstoßen. Bei CERN hat man bis zu einer Milliarde p-p-Zusammenstöße (Proton-Proton-Kollisionen) pro Sekunde erreicht, was sehr viel ist. Es ist sehr schwer, die Datenflut zu bearbeiten. Aber man kann für CERN von überall aus arbeiten, man muss nicht neben dem Beschleuniger sitzen.
 

Warum war das Teilchen so wichtig?

Die Physiker waren ziemlich sicher, dass es dieses Teilchen gibt. Es hätte mehr bedeutet, wenn man es nicht gefunden hätte, das wäre eine Überraschung gewesen. Ich habe Bilder von der Konferenz gesehen, als die Entdeckung bekannt gegeben wurde. Die Leute waren nicht glücklich, selbst Peter Higgs nicht. Man muss sich ein Puzzle vorstellen, das Teilchen ist genauso dort angekommen, wo man es vermutet hat, aber das Puzzle muss in alle Richtungen ausgebaut werden und man weiß nicht, wie. Alle hatten gehofft, dass es nicht so haargenau passt, dass alles durchgeschüttelt wird und man weiterkommt. Andererseits ist es großartig, dass man so etwas hat voraussehen können.

Aber wie gesagt, die Leute hatten gehofft, dass man ein bisschen an der Physik rüttelt. Denn diese ist einer Krise. Man sieht nur fünf Prozent von dem, was an Materie und Energien im Universum zu sein scheint und man weiß nicht, in welche Richtung man gehen soll. Man kann auch nicht hoffen, dass man einen größeren Beschleuniger bauen wird. Das würde zu teuer kommen. Man würde einen brauchen, der so groß ist wie die Erde. Seit 1930 ungefähr hat diese Sache mit Beschleunigern in der Physik begonnen und deren Energie ist zehn Millionen Mal gewachsen in diesen 80 Jahren, aber in den letzten 30 Jahren nur zehn Mal. Es wird immer schwerer und es kostet immer mehr. Der Beschleuniger in Chicago, der vor dem LHC - dem zurzeit größten Beschleuniger weltweit - der größte war, hatte ein Teraelektronenvolt. Der LHC funktioniert bis 14 Teraelektronenvolt. Aber das ist auch das Limit.

CERN war in der Nachkriegszeit ungefähr wie die EU entstanden, die Organisation wurde in denselben Jahren aufgebaut. Man wünschte sich eine wissenschaftliche Union. Die Forscher zog es nach Amerika und man wollte ein Zentrum aufbauen, damit die Wissenschaftler in Europa bleiben. Für CERN kann man auch von hier aus arbeiten. Man muss nicht in ein anderes Land oder auf einen anderen Kontinenten umziehen. Es gibt auch Staaten, die nicht zur EU gehören, aber eine außergewöhnliche Bedeutung in den CERN Experimenten haben, allen voran die USA.

CERN ist auch für den Aufbau des World Wide Web und die Internetprotokolle bekannt, genauer, das Team um Tim Berners Lee.
Im Museum von CERN kann man den ersten www-Computer sehen, die Physiker haben das Netz erfunden, um ihre Zusammenarbeit zu ermöglichen.

Zurück zum Beschleuniger: Als dieser Beschleuniger in Gang gesetzt wurde, haben einige Wissenschaftler gemunkelt, er könne gefährlich sein. Ich kann mehrere Argumente dagegen aufzählen: Wir können der Natur in Sachen höchste Energie nicht ganz Konkurrenz machen, manchmal kommen Teilchen aus dem All durch die Erdatmosphäre, die die höchste Energie haben, im Exa (=1018) Elektronvolt-Bereich, wir wissen nicht genau, was hier die Mechanismen sind, doch auf jeden Fall besteht die Erde immer noch. Damals hat man gesagt, dass man in Beschleunigern schwarze Löcher erzeugen könne, das ist in einigen Szenarien wohl möglich, aber ein kleines schwarzes Loch verdampft sofort.

Es soll über 170 Forscher, Physiker und Ingenieure in Rumänien geben, die in verschiedenen Projekten mit CERN kooperieren. Ihres steht im Zusammenhang mit dem Beschleuniger.

Woran arbeiten Sie genau?

Ja, eigentlich arbeite ich für einen Detektor. Es gibt den Beschleuniger, der die Protonen beschleunigt, und mehrere Detektoren (dort, wo die Protonenstrahlen zusammenprallen). Wie kann ich den Beschleuniger erklären? Es ist eine riesige Anlage, die man, auch wenn es nicht offensichtlich ist, mit einem Mikroskop vergleichen kann. Statt dem Lichtstrahl verwendet man den Protonenstrahl und statt dem Auge, um zu sehen, benutzt man die Detektoren. Es gibt noch einen wichtigen Unterschied: Beim optischen Mikroskop muss man ein Präparat machen, um etwas zu sehen, bei einem Beschleuniger nicht. Das Präparat entsteht während des Experiments. Die Beschleunigungsenergie, die man dort verwendet, wird zurück in Materie verwandelt, in Form von Teilchen - einige, die wir schon kennen und jene, die wir noch suchen. Allerdings, wenn ein (mögliches) Teilchen schwerer ist als die verfügbare Energie, dann können wir es zurzeit nicht sehen.
 

Wie sieht die Zusammenarbeit konkret aus?

Für mich war sehr wichtig, mich als CERN-Autor zu qualifizieren. Es gibt viele Autoren, aber es können gar nicht wenige sein, bei solchen Experimenten. Zum Beispiel die ATLAS-Zusammenarbeit, es arbeiten Tausende Leute dort. Um sich als Autor zu qualifizieren, muss man etwas leisten, was dem ganzen Experiment von Nutzen ist. Es gibt mehrere Detektoren, davon zwei große für allgemeine Physik, ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS) und CMS (Complex Muon Solenoid), um neue Entdeckungen zu machen. Es muss zwei geben, denn ein zweites Team muss sich vergewissern, dass das Ergebnis stimmt. So aufmerksam und verantwortungsvoll ist man mit den Forschungsergebnissen in der Physik. Man kann als Person prinzipiell nicht beiden Teams angehören. ATLAS ist das größte Experiment, an dem auch Rumänen arbeiten.
 

Sie werten also Daten aus?

Es gibt eine Kette, die Daten kommen in einer Kette, in der man arbeitet. Es gibt detektierte Daten und simulierte Daten. Die simulierten und die reellen werden verglichen. Wenn die Statistik der simulierten und der reellen Daten übereinstimmt, dann heißt es, dass das vorausgesagte Partikel gefunden wurde. Ich war tätig bei einem Glied in der Kette der simulierten Ereignisse, wo man zu einem interessanten Ereignis Hunderte andere als Hintergrund, als Background addieren muss, das ist das sogenannte „pile-up“ (eine Aufstockung), es ist eine große Herausforderung. Die Detektoren haben ein sogenanntes Sensibiltätsfenster, in dem sie alles registrieren, nicht nur das eine Ereignis, das muss man alles verarbeiten. Ich hatte wöchentlich eine Telekonferenz mit dem Team, ich habe eine Software geschrieben und am Ende haben sie das anerkannt und ich bin Autor geworden. Im rumänischen Team, das an ATLAS arbeitet, sind zirka 45 Forscher, davon etwa 14 Autoren, die meisten in Bukarest.
 

Was wollen Sie in Zukunft machen?

Für mich ist es wichtig, dass ich ein Team aufbaue. Wer aber zusammenarbeiten will, muss sehr gut sein. Ich habe Studenten in allen Jahrgängen angesprochen, leider noch keinen gefunden. Das ist traurig. Physik ist eben nicht so einfach. Bereits im Lyzeum wird weniger Physik studiert. Den Schülern scheint sie schwer im Vergleich zu anderen Fächern, dann schlagen sie andere Wege ein.
 

Wie wichtig ist die Aufnahme Rumäniens in die CERN-Gemeinde?

Das Institut in Bukarest hat die Zusammenarbeit gleich nach der Wende begonnen. Es gab Leute, die die Kabel für ATLAS in der Konstruktionsphase gezogen haben. Die Aufnahme des Landes in CERN ist wichtig, aber wir arbeiten schon lange mit, da hat sich nichts geändert. Auch für die Universität ist es gut, die Teilnahme an diesem Projekt steuert zu einer guten Sichtbarkeit der Universität bei, CERN ist eine Art Mekka für die große experimentelle Physik.
 

Was würden Sie einem jungen Menschen raten, der Physik studieren möchte?

Man sollte ihm sagen, dass alles einen Zusammenhang mit der Physik hat. Man findet Antworten, aber auch immer neue Fragen über Natur, Universum, Materie, es ist faszinierend. Wenn ich auf das Smartphone schaue, kann ich an die hundert Dinge aufzählen, die mit Physik zu tun haben: Speicher, Prozessor, Batterie... Wenn jemand bereits Physik studiert, würde ich ihm eine frühe Entscheidung anraten, ob er/sie theoretische oder experimentelle Physik machen will, denn die Theoretiker arbeiten allein, die experimentellen Physiker im Team. Man braucht unterschiedliche Eigenschaften dafür. Wenn man für CERN arbeitet, ist man Teil des Entdeckerteams, man kann nicht auf individuelle Glorie hoffen. Dort ist es wichtig, wenn man einen Bleistift spitzt, dass man ihn richtig spitzt.

Kommentare zu diesem Artikel

Daniel, 19.09 2016, 15:06
Sehr guter Beitrag, bitte mehr davon! Ueberhaupt nicht oberflaechlich, dennoch verstaendlich. Freut mich dass Temeswar Anteil an dieser Forschung hat.

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