Vier Tage lang – vom 17. bis 21. Februar – war Wien das Zentrum der weltweiten Teilchenphysik. Das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) lud zur Vienna Conference of Instrumentation ein. Hochkarätige Expert:innen aus dem In- und Ausland berichteten dort von ihren neuesten Forschungsergebnissen.

Ein Schwerpunkt der Konferenz lag auf den möglichen Anwendungen der Detektortechnologie außerhalb der Labore. Jochen Schieck, Direktor des Instituts für Hochenergiephysik der ÖAW, erzählt, wo wir im Alltag bereits überall Teilchenphysik finden können.

Ohne CERN kein WWW

Beim Thema Hochenergiephysik denken die meisten Menschen wohl zuerst an den Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf. Gilt das auch für die Expert:innen?

Jochen Schieck: Am LHC finden sicher die aufsehenerregendsten Experimente statt, aber Teilchenphysik ist viel mehr als das. Die Entwicklung der notwendigen Technologien, die zum Beispiel für die Detektoren des LHC gebraucht werden, findet weltweit an vielen Instituten wie dem Institut für Hochenergiephysik der ÖAW in Wien statt.

Welche Erfindungen aus der Hochenergiephysik sind heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken?

Schieck: Das World Wide Web, das am CERN erfunden wurde, ist wahrscheinlich eines der besten Beispiele. Die Teilchenbeschleuniger in Genf sind riesige, weltweite Kooperationen mit aktuell 3.000 Wissenschaftler:innen aus der ganzen Welt. Das erfordert exzellente Kommunikationsnetze, und das war der Ausgangspunkt für die Erfindung des WWW. Das Projekt ist so groß, dass es neben komplexen Experimenten auch eine ganze Reihe von anderen Herausforderungen zu bewältigen gibt. Diese Komplexität führt mitunter zu Innovationen in Bereichen, die nicht direkt mit der Hochenergiephysik zusammenhängen. 

Heute wird ein Großteil der Beschleuniger auf der Welt für medizinische Zwecke, Materialanalysen und viele weitere Dinge verwendet.

Welche technischen Errungenschaften kamen direkt vom Beschleuniger?

Schieck: Die Beschleuniger selbst werden heute längst nicht mehr nur in der Forschung eingesetzt. Sie waren anfangs entscheidend für die Kernphysik und die Spaltung des Atoms, aber heute wird ein Großteil der Beschleuniger auf der Welt für medizinische Zwecke, Materialanalysen und viele weitere Dinge verwendet. Ein Beispiel ist der MedAustron-Beschleuniger in Wiener Neustadt, wo ein Protonenstrahl genutzt wird, um Krebszellen tief im Gewebe gezielt und mit minimalen Kollateralschäden zu zerstören. Röntgenstrahlung ist ebenfalls eine Domäne der Hochenergiephysik: Der Beschleuniger des DESY in Hamburg wird hauptsächlich genutzt, um Materialien oder chemische und biologische Prozesse auf den kleinsten Skalen zu untersuchen. 

Anwendungen im medizinischen Bereich

Die Beschleuniger öffnen uns also die Tür zu den kleinsten Zeit- und Längenskalen?

Schieck: Ja, sie funktionieren ja auch ganz ähnlich wie unsere Augen, die die Photonen, die von unserer Umgebung gestreut werden, detektieren. Das Auge funktioniert aber nur in einem sehr eingeschränkten Teil des elektromagnetischen Spektrums, während Teilchenbeschleuniger uns erlauben, Teilchen mit beinahe beliebiger, genau definierter Energie exakt auf ein Ziel zu richten und die Streuung mit Detektoren zu analysieren. Je schneller und sensibler die Sensoren arbeiten, desto kleinere Objekte kann ich analysieren.

Wir haben bereits ein Spin-off, das die Technologie für den Einsatz im medizinischen Bereich untersucht.

Werden diese Sensoren an Ihrem ÖAW-Institut ausschließlich für Beschleuniger entwickelt?
Schieck: Unsere Sensoren sind Maßanfertigungen für das CERN, aber die Prozesse und Technologien lassen sich problemlos für andere Anwendungen adaptieren. Wir haben bereits ein Spin-off, das die Technologie für den Einsatz im medizinischen Bereich untersucht.

Investitionen lohnen sich

Oft heißt es, Teilchenforschung sei teuer und würde keine greifbaren Ergebnisse liefern. Wenn man diese Innovationen sieht, scheint sie eher ein Schnäppchen zu sein?

Schieck: Es gibt mehrere Studien, die belegen, dass jeder Euro, den wir in die Grundlagenforschung mit Beschleunigerexperimenten stecken, mindestens den eingesetzten Wert schafft. Die großen Anlagen sind teuer, aber der Nutzen für die Gesellschaft ist so groß, dass sich das auch wirtschaftlich lohnt. Ganz zu schweigen davon, dass uns die Suche nach Antworten auf die ganz großen Fragen als Menschheit etwas Wert sein sollte. Teilchenbeschleuniger sind ein wichtiger Beitrag zu unserer Kultur: Wenn wir wissen wollen, woher wir kommen und wohin wir gehen, kann die Teilchenphysik Antworten liefern. Dazu kommt auch noch, dass wir exzellente junge Forscher:innen ausbilden, die auch jederzeit Jobs in der Wirtschaft bekommen, weil sie nicht nur Theorie lernen, sondern hochkomplexe Experimente entwickeln und anschließend einsetzen. 

Die großen Anlagen sind teuer, aber der Nutzen für die Gesellschaft ist so groß, dass sich das auch wirtschaftlich lohnt.

Ohne solche Grundlagenfoschung hätten wir heute weder Smartphones noch die Atomuhren für unsere GPS-Satelliten oder Supraleiter. Welche Technologie aus den Laboren wird die Welt als nächstes verändern?

Schieck: Wenn ich das vorhersagen könnte, wäre ich ein reicher Mann. Sicher ist, dass bei der Entdeckung der Elektrizität niemand eine Ahnung hatte, wo das hinführen würde. Dasselbe gilt für Radioaktivität. Fast alle großen Entdeckungen wurden aufgrund der Neugier von Forscher:innen gemacht. Wer weiß, welche Anwendungen sich aus der Entdeckung der nächsten neuen Teilchen oder Kräfte ergeben werden. Deshalb brauchen wir mehr Grundlagenforschung und Freiheit für unsere talentierten jungen Forscher:innen, damit sie Dinge ausprobieren und ihrer Neugier nachgehen können. Das hat sich langfristig immer ausgezahlt und das wird auch in Zukunft so bleiben.