HERA wird abgeschaltet

Deutschlands größtes Forschungsinstrument - der Teilchenbeschleuniger HERA - beendet seine aktive Laufbahn und wird abgeschaltet.

Am 30. Juni 2007 wird die Datennahme am Elektron-Proton-Speicherring HERA bei DESY beendet. Fünfzehn Jahre lang prallten in HERA tief im Hamburger Untergrund Elektronen und Protonen aufeinander. „Die Teilchenphysik-Experimente an HERA haben ein einmalig detailliertes Bild des Protons und der in ihm wirkenden Kräfte gezeichnet, das über Jahre hinaus von keinem Beschleuniger der Welt übertroffen werden kann“, so Prof. Rolf-Dieter Heuer, Forschungsdirektor für den Bereich Teilchenphysik bei DESY. „Die Präzisionsmessungen haben einerseits großen Einfluss auf die Theorie der Teilchenphysik, sind aber andererseits auch eine gute Basis, um die spannende neue Physik, die uns in den nächsten Jahren mit den Experimenten an der Teraskala erwartet, deuten zu können.“ Die Auswertung der am 6,3 km langen Elektron-Proton-Speicherring HERA gemessenen Daten wird noch weit bis ins nächste Jahrzehnt andauern, einige Ergebnisse haben aber schon jetzt Einzug in die Lehrbücher gehalten.

„Wer nach einer langen Bergtour am Ende den Gipfel erreicht, wird mit einer Aussicht auf die Welt belohnt, die er in dieser Weise vorher nicht gesehen hat. So haben wir mit HERA völlig Neues gesehen und gleichzeitig auch in Technologie, Politik und der Soziologie großer Forscherteams erfolgreich Neuland betreten“, resümiert Prof. Albrecht Wagner, Vorsitzender des DESY-Direktoriums. Dr. Dieter Trines, DESY-Direktor für den Beschleunigerbereich, konstatiert: „Wenn man miterlebt hat, mit wie viel Herzblut und Schweiß diese einmalige Anlage entwickelt, gebaut und betrieben wurde, erfüllen einen natürlich einerseits 15 erfolgreiche Jahre Beschleunigerbetrieb mit Stolz, andererseits macht einen die Abschaltung auch etwas wehmütig.“ Nach dem Ende des HERA-Betriebs wird der Speicherring stillgelegt. Die Teilchendetektoren werden abgebaut und HERAs Vorbeschleuniger PETRA wird zu einer der weltweit brillantesten Speicherring-Röntgenstrahlungsquellen umgebaut.

Am 6,3 km langen Elektron-Proton-Speicherring HERA wurden Elektronen und fast 2000-mal schwerere Protonen (Wasserstoff-Kerne) annähernd auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und bei dieser Geschwindigkeit gespeichert. 48.000 Mal pro Sekunde kreisten so die Teilchen um den Ring und wurden von bis zu vier Experimenten gleichzeitig genutzt.

In den Experimenten H1 und ZEUS kollidierten die aus Quarks bestehenden Protonen mit den Elektronen. Die Elektronen tasten dabei als punktförmige Sonde das Proton ab. Bildlich gesprochen, ist HERA das beste Elektronen-Mikroskop der Welt, mit einer Auflösung von 10^-18 Metern, das entspricht etwa einem Tausendstel des Proton-Durchmessers. Mit diesen Elektron-Proton-Kollisionen lassen sich präziseste Messungen der Struktur des Protons und der in ihm wirkenden „starken Kraft“ durchführen. Das Besondere dabei ist, dass die Elektronen die Messung nicht verfälschen, weil sie anderen Kräften unterliegen als die Quarks im Proton. Die HERA-Messungen bestätigten erstmals das Verhalten der starken Kraft, wie es vor 20 Jahren von den Physikern David Gross, David Politzer und Frank Wilczek vorhergesagt wurde – eine Entdeckung, für die sie 2004 mit dem Nobelpreis geehrt wurden.

Aber auch andere Kräfte konnten mithilfe der HERA-Experimente untersucht werden: H1 und ZEUS konnten nachweisen, dass die elektromagnetische Kraft und die schwache Kraft sich bei hohen Energien gleich verhalten. Beide Kräfte können zur elektroschwachen Kraft vereinigt werden; das ist der erste Schritt auf dem Weg zur großen Vereinheitlichung aller Naturkräfte zu einer Urkraft.

Die Experimente HERMES und HERA-B nutzten jeweils nur einen der gespeicherten HERA-Teilchenstrahlen, HERA-B die Protonen, HERMES die Elektronen. Bei HERMES wurde der Elektronenstrahl auf ein Protonen und Neutronen enthaltendes gasförmiges Ziel gerichtet. So konnten genaue Messungen gemacht werden, wie sich der Eigendrehimpuls, der so genannte Spin des Protons aus den Spins seiner Bausteine zusammensetzt. HERA-B untersuchte spezielle Eigenschaften schwerer Quarks.

Quelle: DESY

Weitere Infos:

• Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY in der Helmholtz-Gemeinschaft:
  http://www.desy.de