• 10.01.2019
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Die FCC ermöglicht Wissenschaft für fast ein Jahrhundert

Schweizer Teilchenphysikerinnen und -physiker unterstützen den Bau einer 100 km langen Kreisbeschleuniger-Infrastruktur am CERN

Günther Dissertori is Professor for Particle Physics at the Swiss Federal Institute of Technology in Zurich.
Bild: B. Vogel, Switzerland
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Günther Dissertori is Professor for Particle Physics at the Swiss Federal Institute of Technology in Zurich.
Günther Dissertori is Professor for Particle Physics at the Swiss Federal Institute of Technology in Zurich. (Bild: B. Vogel, Switzerland)

Im Frühjahr 2020 wird die europäische Teilchenphysik-Community eine neue europäische Strategie beschliessen, welche die langfristigen Ziele in diesem wichtigen Bereich der Grundlagenforschung umschreibt. Im Dezember 2018 haben Schweizer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – organisiert im Schweizerischen Institut für Teilchenphysik/CHIPP - ihren Input zur neuen europäischen Strategie formuliert. Günther Dissertori – Professor an der ETH Zürich, Mitglied des CHIPP Executive Board und künftiger 'Scientific Delegate' der Schweiz im CERN-Rat – erläutert die wichtigsten Punkte des strategischen Inputs vonseiten der Schweiz.

Prof. Dissertori, Schweizer Teilchenphysikerinnen und Teilchenphysiker haben kürzlich eine neue Forschungs-Roadmap erstellt. Die neue Strategie wird die Roadmap von 2004 ersetzen, die sich seinerzeit auf den CERN-Teilchenbeschleuniger LHC konzentrierte, der 2009 schliesslich seinen Betrieb aufnahm...

Lassen Sie mich klarstellen: An der neuen Schweizer Roadmap der Teilchenphysik – also die Neufassung der Roadmap von 2004 – wird erst in den kommenden Monaten gearbeitet werden. Was wir im Dezember 2018 finalisiert haben, ist der Beitrag der Schweizer Forschenden zur neuen europäischen Strategie. Unser Dokument wird zusammen mit vielen anderen Dokumenten einen Beitrag zu den Diskussionen der nächsten zwölf Monate auf europäischer Ebene leisten. Die neue europäische Strategie wird dann Anfang 2020 von der vom CERN-Rat benannten European Strategy Group erarbeitet und voraussichtlich im späten Frühjahr 2020 vom CERN-Rat genehmigt werden. Ich erwarte allerdings nicht, dass die neue Schweizer Roadmap sich wesentlich von dem unterscheiden wird, was wir in den letzten Monaten bei der Formulierung des Schweizer Beitrags für die europäische Strategie diskutiert haben. Allerdings wird die Roadmap breiter angelegt sein und auch den Bereich der Astroteilchenphysik stärker miteinbeziehen.

Was ist aus Ihrer persönlichen Sicht das Hauptergebnis der jüngsten Diskussionen?

Ein Schlüsselergebnis bestand darin, dass die umfassende Nutzung des LHC erste Priorität für das europäische Teilchenphysik-Programm bleiben soll, auch im Hinblick auf die kürzlich aufgegleisten Upgrades des LHC und der beteiligten Experimente. Parallel vertreten wir Schweizer Wissenschaftler die Auffassung, dass der Forschungs- und Entwicklungsaufwand intensiviert werden muss, um das nächste grosse Projekt am CERN rechtzeitig vorzubereiten. Die Schweizer Community ist sich einig, dass das nächste grosse Projekt am CERN der Future Circular Collider (FCC) sein sollte. Ich denke, dass dies die relevanteste Aussage der Schweiz an die Adresse der europäischen Wissenschaftlergemeinschaft ist.

Die Teilchenphysik in der Schweiz und weltweit hat drei Säulen: Hochenergie-/Hochintensitätsphysik, Neutrinophysik und Astroteilchenphysik. Die FCC ist eine langfristige Vision für die erste Säule. Können Sie bitte auch die beabsichtigte Weiterentwicklung der zweiten und dritten Säule je anhand eines markanten Beispiels erläutern?

Die grossen Projekte in der Neutrinophysik liegen in der Zukunft etwas näher, wir sprechen hier aber immer noch von zehn, 20 Jahren. Schweizer Neutrinoexperten planen derzeit eine Teilnahme am DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) in den USA und am Hyper-Kamiokande-Experiment in Japan. Neben diesen grossen Projekten sollte die am CERN etablierte Neutrino-Plattform kontinuierlich unterstützt werden. Auf dieser Plattform können europäische Physiker Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchführen und Experimente für die oben genannten grossen Neutrino-Projekte vorbereiten. Es gibt auch einige Experimente in kleinerem Massstab, die im Schweizer Input hervorgehoben wurden, wie zum Beispiel die Suche nach dem neutrinolosen Doppel-Betazerfall.

Die strategische Entwicklung der dritten Säule, der Astroteilchenphysik, ist schwieriger zusammenzufassen, da in diesem Bereich viele verschiedene Richtungen verfolgt werden, wie etwa die Gammastrahlen-Astronomie oder die direkte Suche nach Dunkler Materie. Die wichtigste Aussage mit Blick auf die europäische Strategie ist, dass wir der Meinung sind, dass das CERN die Zusammenarbeit und die Synergien zwischen Teilchenphysik und Astroteilchenphysik verstärkt fördern sollte. Synergien sind hier durchaus gegeben, z.B. bei der Entwicklung von Detektoren und verwandten Technologien. Und: Das CERN verfügt über das Know-how, um grosse Projekte zu steuern.

Wenn Sie mir erlauben, einen Blick hinter den Vorhang zu werfen: Welches Thema wurde in den letzten Monaten von Ihnen und Ihren Teilchenphysik-Kolleginnen und -Kollegen am kontroversesten diskutiert, während Sie den Strategie-Input ausarbeiteten?

Die wohl wichtigste Frage kreiste um das FCC-Projekt. Der Future Circular Collider wäre eine neue Grossforschungseinrichtung am CERN für die Zeit nach 2035, wenn der LHC voraussichtlich ausser Betrieb gehen wird. Der FCC ist ein 100 km langer, ringförmiger Tunnel, der Teilchenphysikern ein sehr breites Forschungsprogramm bieten würde, indem er zunächst einen Elektron-Positron-Collider mit sehr hoher Leuchtkraft und Präzision, aber relativ niedriger Energie bis zu 365 GeV aufnimmt. Später – wenn leistungsstarke 16 Tesla-Magnete verfügbar sein werden, die aktuell in einem mehrjährigen Entwicklungsstadium sind – könnte diese Anlage durch einen 100 TeV Proton-Proton-Collider im selben Tunnel ersetzt werden. In dieser späteren Konfiguration würde der FCC eine siebenfach höhere Kollisionsenergie als der LHC bereitstellen. Es gibt überdies Möglichkeiten, Elektronen oder Positronen mit Protonen und Schwerionen kollidieren zu lassen. Das gesamte Paket wird Wissenschaft für fast ein Jahrhundert ermöglichen. Die Schweizer Teilchenphysik-Community ist überzeugt, dass dies das nächste grosse Projekt ist, das wir angehen sollten.

Das FCC-Projekt steht im Wettbewerb mit anderen Projekten: Japanische Physiker schlagen vor, einen grossen International Linear Collider (ILC) zu bauen. Ganz zu schweigen von den Ambitionen Chinas, seine Forschungsmacht durch den Bau eines potenten Ringbeschleunigers zu demonstrieren.

Wir unterstützen den FCC nicht nur als herausragende Forschungseinrichtung in Genf, sondern auch als Mittel, um die Schweizer Grundlagenforschung langfristig zu sichern. Die Schweiz ist eines der beiden Gastländer des CERN. Wir haben das grösste Interesse, eine erfolgreiche Zukunft des CERN zu gewährleisten.

Bedeutet das, dass Sie in Ihrem Strategiepapier den ILC fallen lassen und auf die Teilnahme an einem zukünftigen chinesischen Beschleunigerprojekt verzichten?

Nein, in unserem Dokument gibt es keine solche Aussage. Es gab einige Diskussionen unter den Schweizer Wissenschaftlern, ob und wie der ILC in Japan und die chinesischen Pläne erwähnt werden sollten, u.a. unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Regierungen der entsprechenden Standortstaaten bisher keine Absichtserklärungen abgegeben haben. Am Ende haben wir uns darauf geeinigt, uns auf ein zukünftiges CERN-Projekt und auf den FCC zu konzentrieren.

Unter welchen Voraussetzungen kann ein gigantisches Projekt wie der FCC realisiert werden? Sind das Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) und der Schweizerische Nationalfonds für Wissenschaft schon im Boot?

Schweizer Teilchenphysiker unterstützen den FCC voll und ganz - dies ist die klare Aussage des jüngsten Papiers. Dies war der erste Schritt. Jetzt beginnt die Diskussion mit dem SBFI und auf politischer Ebene. Das SBFI hat das CERN bisher stets unterstützt und ist bereits informiert über dieses langfristige Projekt. Wenn in den nächsten Jahren ein grosses Projekt wie FCC realisiert werden soll, müssen die Diskussionen intensiviert werden. Die CERN-Gastgeberstaaten Schweiz und Frankreich werden eine Schlüsselrolle in der europäischen und weltweiten Diskussion spielen.

Lassen Sie uns mit einer Prophezeiung schliessen: Wo erwarten Sie die nächste 'big news' aus der Teilchenphysik, vergleichbar mit der Higgs-Entdeckung im Jahr 2012?

Oh, das ist eine knifflige Frage! Momentan warten Teilchenphysiker auf die Veröffentlichung der neuen Ergebnisse des LHCb-Experiments am CERN. Sie werden zeigen, ob damit die vor einigen Jahren durchgeführten Messungen bestätigt werden können, welche Abweichungen vom Standardmodell zeigten, die möglicherweise Hinweise für 'neue Physik' sein könnten. Wenn sich diese Anomalien bestätigen und die Ergebnisse nur durch 'neue Physik' erklärt werden können, wäre das sehr, sehr aufregend.

Interview: Benedikt Vogel

Der Future Circular Collider (FCC) wäre mit 100 km mehr als dreimal so lang wie der bestehende Tunnel des Large Hadron Collider (LHC) am CERN.
Der Future Circular Collider (FCC) wäre mit 100 km mehr als dreimal so lang wie der bestehende Tunnel des Large Hadron Collider (LHC) am CERN. (Bild: Copyright by CERN 2014)
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Der Future Circular Collider (FCC) wäre mit 100 km mehr als dreimal so lang wie der bestehende Tunnel des Large Hadron Collider (LHC) am CERN.
Der Future Circular Collider (FCC) wäre mit 100 km mehr als dreimal so lang wie der bestehende Tunnel des Large Hadron Collider (LHC) am CERN. (Bild: Copyright by CERN 2014)
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