Obwohl wir in der ersten Woche bereits viel sehen konnten, war die zweite Woche am CERN besonders spannend: Wir durften Nedaa-Alexandra Asbah, die Teil der ATLAS-Kollaboration ist, begleiten. Der ATLAS-Detektor ist der größte am LHC. Mit ihm wurde (bestätigt durch CMS) 2012 ein neues Teilchen nachgewiesen, das zum vorhergesagten Higgs-Boson passt.

Montag: der ATLAS-Detektor auf dem Bildschirm und unter der Erde

Am Montag ging es vor allem um den Aufbau des ATLAS-Detektors (A Toroidal LHC ApparatuS). Wir haben gelernt, wie welche Teilchen mit den verschiedenen Ebenen interagieren. Mit dem Programm Minerva konnten wir erste Teilchen wie Myonen oder indirekt Neutrinos, die bei Events (Proton-Proton-Kollisionen) entstehen können, identifizieren. Beim Lunch haben wir Knut Zoch kennengelernt, mit dem wir uns auf Deutsch über eine naturwissenschaftlich angelegte Karriere austauschen konnten.

Am Nachmittag folgte ein wahres Highlight: Weil sich der LHC aktuell im Shutdown befindet, durften wir den riesigen Detektor etwa 80 Metern unter der Erde besuchen. Das war nicht nur wegen seiner unglaublichen Abmaße sehr beeindruckend! Später durften wir an einem Physics-Coordination-Meeting teilnehmen. Das war zwar anstrengend, aber auch interessant zu beobachten. Zum ersten Mal seit unserer Ankunft hat es heute übrigens geschneit, sodass erstmals auch das CERN-Gelände mit Schnee bedeckt war.

Dienstag: ATLAS Laboratory Facility und W-Bosonen

Nach dem Frühstück hat uns ein PhD-Student durch einen Teil der Labor-Einrichtung von ATLAS geführt. Hier entwickelt und fertigt er mit seiner Gruppe den neuen Inner-Tracker für den kommenden High-Luminosity-LHC. Im Anschluss durften wir Alexandra auf dem ATLAS-Weekly-Meeting begleiten. Unser Lunch haben wir heute mit Jörg Stelzer aus Sachsen verbracht, vom dem wir ebenfalls viel lernen konnten.

Nachmittags haben wir uns mit Zerfällen von W-Bosonen befasst. Aus Daten konnten wir über die Zerfallsprodukte auf die kurzzeitige Existenz zum Beispiel eines W+-Bosons schließen. Im Zusammenhang mit WW-Ereignissen ging es auch um das besagte Higgs-Teilchen.

Mittwoch: Konferenzen und Originaldaten

Der Mittwochvormittag war durch Konferenzen geprägt: Erst haben wir am CERN-ATLAS-Team-Meeting (CAT-Meeting) teilgenommen. Darauf ging es weiter zu einer Besprechung der ATLAS-Subgruppe „Top Quark + X“, zu der auch Alexandra gehört. Mittags haben wir zwei junge Physiker aus Deutschland kennengelernt, die uns später interessante Ecken am CERN gezeigt haben – beispielsweise den Flur, an dem das World Wide Web entwickelt wurde.

Zurück im Gebäude 40 ging es um das Z0-Boson. Mit dem Programm Hypatia konnten wir in Datensätzen über die Identifikation gewisser Zerfälle die Existenz eines Z0-Bosons oder von Kandidaten für ein Higgs-Teilchen zeigen. Außerdem haben wir einige theoretische Konzepte und Überlegungen der Neuen Physik kennengelernt, wozu etwa die WIMPs oder das Graviton zählen. Schließlich konnten wir echte Messdaten des ATLAS-Detektors auswerten und so zum Beispiel das Z0-Boson und ein mögliches Higgs-Boson nachweisen.

Donnerstag: FCC, ATLAS, CCC, AMS

Unser letzter Tag am ATLAS-Projekt begann mit einem Meeting der Gruppe, die sich mit dem Future Circular Collider (FCC) befasst. Der Vorschlag sieht einen im Vergleich zum LHC wesentlich größeren Ringbeschleuniger vor, der sich zum Großteil in Frankreich befände. Mit einem der Mitglieder, einer Doktorandin aus Dresden, konnten wir über die Forschungsmöglichkeiten am CERN während Studium oder Promotion sprechen.

Im Anschluss sind wir gemeinsam mit Tancredi Carli zu einem Gebäude von ATLAS gefahren, wo der ATLAS-Detektor mit seinen Ebenen maßstabsgetreu dargestellt ist. Dort hat er uns erklärt, wie genau die jeweiligen Kalorimeter aufgebaut sind und arbeiten. Außerdem konnten wir uns frühere Kalorimeter-Einheiten in einer Halle anschauen. Darauf haben wir im französischen Teil das CERN Control Centre (CCC), von dem aus beispielsweise der Betrieb des LHC gesteuert werden würde, besucht.

Zuletzt waren wir beim Kontrollraum für den AMS-Detektor, der an der ISS installiert ist und kosmische Strahlung mit ihren teilweise äußerst energiereichen Teilchen untersuchen soll. Nach dem Top-Plenary-Meeting saßen wir bei einem Tee mit Alexandra und Knut zusammen: Wir haben auf die Woche zurückgeblickt und konnten noch wertvolle Tipps zum Berufsfeld der Physik, allgemein zur Berufswahl und zur Zeit nach dem Abitur mitnehmen.

Freitag: Beschleuniger für Blei-Ionen und Anti-Protonen

Am Freitag haben uns zuerst mit dem Quark-Gluon-Plasma beschäftigt: ein Zustand, der vermutlich kurzzeitig bei der Entstehung des Universums herrschte. Durch die Kollision schwerer Ionen kann es erzeugt werden. Entsprechend werden am CERN für einen gewissen Zeitraum im Jahr mit dem LEIR (Low Energy Ion Ring) Blei-Ionen vorbeschleunigt, die dann in anderen Beschleunigern zur Kollision gebracht werden können. Gemeinsam mit Sarah haben wir uns den LEIR angeschaut. Sie hat uns die einzelnen Strukturen des Beschleunigers, zum Beispiel die Elektronenkühlung, erklärt und auch den LINAC-2 gezeigt.

Anschließend waren wir in der Antimatter Factory. Hier werden unter anderem Anti-Protonen und Positronen (Anti-Elektronen) „erzeugt“ und zu Antiwasserstoff zusammengeführt. Das Verhalten dieser Antimaterie soll untersucht und mit den Eigenschaften von Materie verglichen werden – etwa hinsichtlich der Spektren oder dem Gravitationsverhalten. Um die Anti-Protonen zu verzögern, kommt der Antiproton Decelerator ELENA (Extra Low Energy Antiproton ring) zum Einsatz, den wir dort beispielsweise gesehen haben.

Den Abend haben wir in der Genfer Altstadt ausklingen lassen, bevor es am nächsten Morgen wieder nach Hause in die Nähe von Hamburg ging.

Zwei unvergessliche Wochen…

Wir sind dankbar für unsere Zeit am CERN, für die spannenden Einblicke und für die einzigartigen Erfahrungen. Wir durften interessante Menschen aus aller Welt kennenlernen, die ihr Leben alle der Wissenschaft widmen, gemeinsam forschen und versuchen, die ganz großen – wenngleich noch ungelösten – Fragen zum Universum zu ergründen.

Wir danken allen, ohne die unser gelungener Aufenthalt nicht möglich gewesen wäre, auch an dieser Stelle ganz herzlich! Dazu zählen namentlich unsere beiden Supervisorinnen Dr. Sarah Zöchling und Dr. Nedaa-Alexandra Asbah, aber auch Dr. Knut Zoch und Dr. Tancredi Carli. Euer Engagement ist nicht selbstverständlich. Wir wissen die Koordination seitens der Stiftung Jugend forscht zu schätzen. Auch ohne unseren Lehrer Herrn Dr. Vollmering wären wir sicher nicht so erfolgreich gewesen: Er hat uns zur Teilnahme an Jugend forscht ermutigt und unser Projekt über den gesamten Wettbewerb begleitet.

Insbesondere möchten wir die Gelegenheit nutzen, uns bei der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung für den besonderen Sonderpreis, unseren zweiwöchigen Forschungsaufenthalt am CERN, zu bedanken. Im Bundesfinale Jugend forscht 2023 sind wir – Clara, Céline und ich – mit diesem Preis ausgezeichnet worden.