CERN

CERN, Abkürzung für Organisation Européene pour la Recherche Nucléaire, früher (1952-54) Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, englisch European Organization for Nuclear Research, internationale wissenschaftliche Organisation, die zum Zweck der gemeinschaftlichen Forschung im Bereich der Hochenergie-Teilchenphysik gegründet wurde. Die 1954 gegründete Organisation hat ihren Sitz in der Nähe von Genf und widmet sich ausdrücklich der Forschung mit „rein wissenschaftlichem und grundlegendem Charakter“. In Artikel 2 des CERN-Übereinkommens, in dem die Atmosphäre der Freiheit betont wird, in der das CERN gegründet wurde, heißt es, dass es sich nicht mit Arbeiten für militärische Zwecke befassen soll und dass die Ergebnisse seiner experimentellen und theoretischen Arbeit veröffentlicht oder auf andere Weise allgemein zugänglich gemacht werden sollen. Die wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen des CERN – die größten Maschinen der Welt, die Teilchenbeschleuniger, die der Untersuchung der kleinsten Objekte des Universums, der subatomaren Teilchen, gewidmet sind – ziehen Tausende von Wissenschaftlern aus aller Welt an. Zu den Forschungsergebnissen des CERN, zu denen auch mit dem Nobelpreis ausgezeichnete wissenschaftliche Entdeckungen gehören, gehören auch technologische Durchbrüche wie das World Wide Web.

Die Gründung des CERN war zumindest teilweise ein Versuch, die europäischen Physiker zurückzugewinnen, die aus verschiedenen Gründen infolge des Zweiten Weltkriegs in die Vereinigten Staaten ausgewandert waren. Die provisorische Organisation, die 1952 als Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire gegründet wurde, war 1950 von dem amerikanischen Physiker Isidor Isaac Rabi auf der fünften Generalkonferenz der UNESCO vorgeschlagen worden. Nach der formellen Ratifizierung der Satzung der Gruppe im Jahr 1954 wurde der Name Conseil durch das Wort Organisation ersetzt, obwohl die Organisation weiterhin unter dem Akronym des früheren Namens bekannt war. Am Ende des 20. Jahrhunderts gehörten dem CERN 20 europäische Staaten an, zusätzlich zu mehreren Ländern, die einen Beobachterstatus hatten.

Das CERN verfügt über die größten und vielseitigsten Anlagen seiner Art in der Welt. Das Gelände umfasst mehr als 100 Hektar in der Schweiz und seit 1965 mehr als 450 Hektar in Frankreich. Als 1957 der erste Teilchenbeschleuniger des CERN, ein Synchrozyklotron mit einer Leistung von 600 Megaelektronenvolt (MeV), in Betrieb genommen wurde, konnten Physiker (etwa 22 Jahre nach der Vorhersage dieser Aktivität) den Zerfall eines Pi-Mesons oder Pions in ein Elektron und ein Neutrino beobachten. Dieses Ereignis war entscheidend für die Entwicklung der Theorie der schwachen Kraft.

Das CERN-Labor wuchs stetig und aktivierte den als Protonen-Synchrotron (PS; 1959) bekannten Teilchenbeschleuniger, der eine „starke Fokussierung“ der Teilchenstrahlen nutzte, um eine Beschleunigung der Protonen auf 28 Gigaelektronenvolt (GeV) zu erreichen; die Intersecting Storage Rings (ISR; 1971), eine revolutionäre Konstruktion, die Frontalkollisionen zwischen zwei intensiven 32-GeV-Protonenstrahlen ermöglichte, um die im Teilchenbeschleuniger verfügbare effektive Energie zu erhöhen; und das Super Proton Synchrotron (SPS; 1976), das einen Ring mit einem Umfang von 7 km (4.35 Meilen) umfassenden Ring, der Protonen auf eine Spitzenenergie von 500 GeV beschleunigen kann. Experimente am PS zeigten 1973 zum ersten Mal, dass Neutrinos mit Materie wechselwirken können, ohne sich in Myonen zu verwandeln; diese historische Entdeckung, die als „Neutralstrom-Wechselwirkung“ bekannt ist, öffnete die Tür zur neuen Physik, die in der elektroschwachen Theorie verankert ist und die schwache Kraft mit der bekannteren elektromagnetischen Kraft vereint.

Im Jahr 1981 wurde die SPS in einen Proton-Antiprotonen-Collider umgewandelt, indem ein Antiprotonenakkumulatorring (AA) hinzugefügt wurde, der die Akkumulation von Antiprotonen in konzentrierten Strahlen ermöglichte. Die Analyse von Proton-Antiproton-Kollisionsexperimenten bei einer Energie von 270 GeV pro Strahl führte 1983 zur Entdeckung der W- und Z-Teilchen (Träger der schwachen Kraft). Der Physiker Carlo Rubbia und der Ingenieur Simon van der Meer vom CERN erhielten 1984 den Nobelpreis für Physik in Anerkennung ihres Beitrags zu dieser Entdeckung, mit der die elektroschwache Theorie des Standardmodells der Teilchenphysik experimentell bestätigt werden konnte. 1992 erhielt Georges Charpak vom CERN den Nobelpreis für Physik in Anerkennung seiner 1968 erfolgten Erfindung der Mehrdraht-Proportionalkammer, eines elektronischen Teilchendetektors, der die Hochenergiephysik revolutionierte und auch in der medizinischen Physik Anwendung findet.

Im Jahr 1989 eröffnete das CERN den Large Electron-Positron (LEP) Collider mit einem Umfang von fast 27 km, der sowohl Elektronen als auch Positronen auf 45 GeV pro Strahl beschleunigen konnte (bis zum Jahr 2000 auf 104 GeV pro Strahl erhöht). LEP ermöglichte äußerst präzise Messungen des Z-Teilchens, die zu wesentlichen Verfeinerungen des Standardmodells führten. LEP wurde im Jahr 2000 abgeschaltet und im selben Tunnel durch den Large Hadron Collider (LHC) ersetzt, der Protonenstrahlen mit einer Energie von fast 7 Teraelektronenvolt (TeV) pro Strahl zur Kollision bringen soll. Der LHC, von dem erwartet wird, dass er die Reichweite von Experimenten der Hochenergiephysik auf ein neues Energieplateau ausdehnt und damit neue, unerforschte Bereiche erschließt, nahm 2008 den Testbetrieb auf.

Der Gründungsauftrag des CERN, die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern aus vielen verschiedenen Ländern zu fördern, erforderte zu seiner Umsetzung die schnelle Übertragung und Kommunikation von experimentellen Daten an Standorte in der ganzen Welt. In den 1980er Jahren begann Tim Berners-Lee, ein englischer Informatiker am CERN, mit der Arbeit an einem Hypertext-System zur Verknüpfung elektronischer Dokumente und an einem Protokoll für deren Übertragung zwischen Computern. Sein System, das 1990 am CERN eingeführt wurde, wurde als World Wide Web bekannt, ein Mittel zur schnellen und effizienten Kommunikation, das nicht nur die Gemeinschaft der Hochenergiephysiker, sondern die ganze Welt veränderte.