Journale mit physikalischen Themenschwerpunkten sind grün mit vielen anderen Journalen verbunden.

Wenn es nach uns ginge, dann würden wissenschaftliche Veröffentlichungen anhand ihrer Wortneuschöpfungen, der Referenz von Doctor-Who-Folgen und, natürlich, den Vergleichen mit Katzenbabies bewertet.
Leider geht’s nicht nach uns. Außerdem hat das System ein paar Schwächen¹.

Ähnlich geht es einigen anderen, üblichen Bewertungsversuchen von wissenschaftlichen Magazinen. Da wird der Einfluss eines Journals anhand von direkten Verweisen gemessen, oder so.

Einen Versuch, das zu verfeinern, haben sich vor ein paar Jahren² amerikanische Wissenschaftler unter dem Begriff »Eigenfactor« überlegt³. Eigenfactors und Article-Influence-Werte eines Journals werden über Graphen berechnet, so dass auch indirekte Bezüge eine Rolle spielen. Mehr Vorteile ihrer Methode zeigen die Autoren auf einer eigenen Seite.

Viel interessanter als die eigentlichen Eigenfaktoren sind aber die Visualisierungen dazu. Bergstrom et al. haben sich mit Visualisierungschamp Moritz Stefaner zusammengetan und ihn aus dem Datensalat ein paar hübsche, bunte Bildchen generieren lassen.

Und hier gibt’s sie:
→ well-formed.eigenfactor.org

1. Alle Doctor-Who-Folgen, oder nur die nach dem Reboot? Sind Germanismen Wortneuschöpfungen? Und was ist mit Vergleichen mit dicken Katzen?
2. Die letzten Werte sind leider von 2009.
3. Ein Lehnwort!!1 Ja, auch Teillehnwörter zählen.

Wie schon im ersten Teil erwähnt, besteht eine wissenschaftliche Publikation hauptsächlich aus Einleitung, Hauptteil, Schlussfolgerung. Das ist ganz praktisch, wird uns doch diese Gliederung seit der Grundschule nahe gelegt. Aus diesem Grunde soll nicht weiter darauf eingegangen werden, einzig zur Einleitung sei mir die Bemerkung erlaubt, dass selbige möglichst allgemein gehalten werden und unbedingt einen Welt rettenden Bezug² haben soll. Drunter machen wir’s ja nicht.
Insbesondere in der Quantenphysik ist es unumgänglich, sich auf Bohr zu berufen. Typischerweise folgt eine kurze, prägnante Zusammenfassung der Quantenphysik des vergangenen Jahrhunderts, um dann im letzten Satz überraschend auf das eigentliche Thema der Veröffentlichung zu kommen.

Viel interessanter als das Grundgerüst Einleitung-Hauptteil-Schlussfolgerung ist jedoch das Drumherum. Das wird auch öfters gelesen als der eigentliche Artikel, wobei Einleitung und Schlussfolgerung immerhin meist überflogen werden. Mit dem Hauptteil setzen sich höchstens Fachkollegen oder arme, referatsvorbereitende Studenten auseinander.

I. Abstract

Abstract heisst auf Deutsch wahrscheinlich Zusammenfassung, nennt sich aber gemeinhin abstract und ist das Kernstück einer jeden Veröffentlichung. Eine gewisse Sorgfältigkeit ist also von Nutzen. Denn seien wir ehrlich: was gfNws monatelang treiben, kann man ganz einfach in drei, vier Sätzen sagen. Die Frage ist nur, ob man das auch will. Es kommt auf alle Fälle immer gut, den welt-retterischen Ansatz zumindest schon hier anzudeuten.

II. Danksagung

Die Danksagung allein hätte eigentlich einen Eintrag für sich verdient. Denn in der trockenen Materie, die so ein Paper nunmal darstellt, ist sie eine kleine menschelnde Oase. Wir unterscheiden zwischen

• a) pragmatisch
  Von Emotionen kann man hier nicht sprechen. Gedankt wird meist Forschungsprogrammen, die Geld zur Verfügung gestellt haben. Adjektive sind hier grundsätzlich nicht anzutreffen.
• b) zweckgebunden
  Man will sich auch nicht mit fremden Federn schmücken.
  Es handelt sich hier um die Form, die am häufigsten auftritt. Gedankt wird zumeist Kollegen. Gerne genommene Ausdrücke sind “wertvolle Diskussionen”, “aufschlussreich”, “geschätzt” etc. Ob jemand als Autor genannt oder nur eine Danksagung kriegt, ist dem persönlichen Geschmack und Animositäten überlassen. Fairness ist nicht immer offensichtlich.
• c) enthüllend
  Verräterische Formulierungen sind “danken für ihre unermüdliche Arbeit”, “diese Arbeit wäre nicht möglich gewesen ohne…” Hier erfährt man nämlich, welcher Techniker sich die ganzen Nächte um die Ohren geschlagen und die Detektoren betüddelt und beschwört hat, welche Studenten die Drecksarbeit auf sich genommen haben und wer vielleicht die Idee, aber für die praktische Umsetzung keinen Fingerschlag getan hat. Wir sehen eine gewisse Verwandschaft zu Extremfällen aus Kategorie b).
• d) WTF
  Adjektive werden benutzt, als gäbe es kein Morgen. Gedankt wird allen, gerne auch den eigenen Eltern, Freunden, Verlobten etc., ohne deren grenzenlose Unterstützung man nie da wäre, wo man jetzt sei. Et cetera bla bla. Hin und wieder mag der Leser versucht sein, eine Analyse der Ehe des Autors durchzuführen. Generell wird ein Exzess emotionaler Formulierungen vom gfNw als unangebracht betrachtet.

III. Referenzliste

Wird gerne auch mal hurtig fünf Minuten von der Deadline zusammengeschmiert. Die Kollegen, die so gute Gedanken hatten (siehe IIb), müssten doch irgendwo auch mal darüber geschrieben haben… Oder nicht? Hilfe??!! Und zwei Drittel der Referenzliste als ”private discussion with X” zu kennzeichnen erhöht jetzt auch nicht unbedingt die Glaubwürdigkeit. (Das restliche Drittel hälftig aus je den Standardveröffentlichungen, die eh jeder in diesem Fachgebiet kennt, und den früheren Publikationen des Autors zusammengesetzt. Irgendwer muss einen ja zitieren. Auch wenn man es selbst ist.) Referenzlisten mit weniger Einträgen als Publikationsseitenzahl kommen einem wissenschaftlichen Selbstmord gleich.

1. Wir erinnern uns: der gemeinen forschenden Physiker.
2. Ja, gilt auch für Stringtheoretiker.

Es verschlägt sie ins Bürgerforum der RWTH, zu RWTHextern, um dort populäre und interessante Themen massentauglich allgemeinverständlich zu erklären. So, dass man sie auch ohne großartige Physikkenntnisse verstehen kann.

Am 7. November, also bereits übermorgen, gibt es einen Vortrag über das Schreckenstgespenst aller Schreckensgespenster: Mini Schwarze Löcher im CERN. Privatdozent (und Institutskollege) Oliver Pooth wird unter dem Vortragstitel »Schwarze Löcher von Menschenhand gemacht?« das, was wir hier im physikBlog sowieso schon alle wissen¹ noch mal der Allgemeinheit anschaulich vortragen.
Solltet ihr mehr dazu wissen wollen, als auf diesem bescheuerten Blog mit der lila Kugel im Kopf steht, oder wollt ihr das noch mal von einem Profi erklärt haben wolle (und nicht von den bescheuerten Typen, die den ganzen Tag sowieso nur Katzenvideos gucken); dann geht am Samstag um 11:00 in den Fo2 im Karman-Auditorium der RWTH Aachen.

Am 21. November hält Professor Christopher Wiebusch eine Vorlesung zum Thema Universum: »Moderne Kosmologie: Die Entstehung und Entwicklung des Weltalls«. Ebenfalls 11:00, ebenfalls Fo2.

Die letzte Vorlesung dieser Novembervorlesungsreihe hält dann Professor Gernot Güntherodt am 28. November. Als Festkörperphysiker referiert er zum Thema »Nano – kleine Skala, große Wirkung«². Gleicher Raum, gleiche Zeit.

Mehr Infos gibt es im Programmheft auf PDF-Seite 15 und 16.

1. Nämlich dass die Dinger, wenn überhaupt, sofort wieder verschwinden.
2. Buzzwording!

Andi und André haben sie begleitet, Elektron, Photon, Tau- und Elektron-Neutrino, W-Boson, Up-, Strange- und Charm-Quark auf ihrem Weg zum europäischen Epizentrum der Teilchenphysik. Zum größten und potentesten Teilchenbeschleuniger auf der Welt. Zu wegweisenden Konzepten für die Zukunft der Beschleunigerphysik. Kurz: zum CERN.
Nach dem Klick erfahrt ihr mehr.

Aufbruch vor der RWTH in Aachen

18. Februar 2009, die Uhr zeigt kurz vor 5 — am Morgen. Aachen schläft. Ganz Aachen? Nein, ein kleiner Trupp des Teilchenzoos versammelt sich vor der elitärsten, aller Aachener Elitehochschulen um gemeinsam mit ein paar süßen Elementarteilchen ihre Heimat, das CERN zu besuchen.
Mit dem Kleinbus nach Brüssel, mit dem Flieger nach Genf, mit dem Linienbus zum CERN.

Die Teilchen sind zum ersten Mal in ihrer Lebensdauer in einem so großen Bezugssystem wie dem Flugzeug mitgeflogen; verständlich dass sie etwas nervös waren. Aber die großen Maschinen, das Durchleuchten mit Röntgenstrahlen und, natürlich, liebe Kinder, ein festgezurrter Sicherheitsgurt bewegten die Teilchen von ihren angeregten Zuständen herunter.

Tau-Neutrino vor CCC

Im CERN angekommen stand für die Kleinen einiges auf dem dichten Terminplan. Mit dem Bus ging es zum zentralen Kontrollzentrum, das Cern Control Centre (CCC¹). Von einer Kanzel aus nahmen die Teilchen Einblicke in die verwirrende Welt der Knöpfe, Schieber, Tastaturen, Flachbildschirme und Bürostühle. Erst eine komplexe Kombination all dieser Ingredienzen ermöglicht es, dass die Geschwister im Kreis laufen. Im CCC vereint sind Steuerung sowohl für den LHC, als auch für alle notwendigen Vorbeschleuniger, die die Teilchen langsam auf LHC-Geschwindigkeit² bringen. Alle Steuereinheiten sind gruppiert in fetzigen High-Tech-Inseln.

Bevor das absolute Highlight dieses Tags in der Pipeline stand, gab es noch Gelegenheit, die eigenen Strings auf dem CERN-Spielplatz etwas zu entspannen. Wir tauchten ab in die tiefen Katakomben unter dem CERN-Gelände, suchten dort nach verschollener Antimaterie und hingefallenen Groschen; besichtigten heiße³ Dipolmagnete (auf denen sich die Teilchen lasziv für ein Shooting räkelten); bewunderten die fast völlig unsynchrotrone Strahlungsleistung der Sonne und diskutierten schließlich über Gott und die Welt bei einem guten, schweizer Kaffee.

Mit dem Bus ging es für Teilchen und uns über den holprigen Belag französischer Straßen einmal quer durch den Ring⁴ — natürlich oberirdisch — zum Ort eines Experiments des LHCs, zu den Hallen von CMS. Mitten im Nirgendwo und direkt neben Kühen, Pferden und Giraffen erwartete die Teilchen ein hellgrüner Wellblechpalast mit eigenen Kühltürmen. Hier wurden die 12500 Tonnen schweren Einzelteile des kompakten Myonensoleoniden zusammengebaut und 100 Meter in die Tiefe gehievt.

Schnell noch ein Schutzhelm angezogen (wir wollen ja nicht, dass die innere Struktur der Teilchen zerstört wird!) und es ging für uns alle selbst 100 Meter in die Tiefe. Dann noch kurz⁵ durch die Schleuse mit Iris- und Fingerabdruckscanner, Gewissenstest, Lügendetektor, Aufsagen der 8., 9., 15. und 16. Seite des Particle Data Books — und schon waren wir drin.

Detektor.
Im Hintergrund: Wand.

Vor uns breitete sich ein Monstrum moderner Technologie aus, dessen Monstrumheit nur durch seine Moderne-Technologie-heit überhöht wurde. Der Detektor war wegen des Stillstands des LHCs für Wartungsarbeiten gerade auseinander gefahren und so wirkte der Eindruck noch verrückter — selbst die Teilchen drohten kurzzeitig zu zerfallen. Rotationssymmetrisch um das Strahlrohr als Zentrum bildete sich ein farbenfrohes und kabelgesäumtes Zwiebelschalensystem fetzigster Detektoren aus, das selbst SkyNet nicht hübscher und komplexer hätte bauen können.

Blaue Kabel und bunte Teilchen.

Wir wurden Treppen hoch, an Warnschildern⁶ und Detektorelementen vorbei und andere Treppen wieder runter geführt. Sahen uns das Bollwerk der Kabel- und Stahlindustrie von eher-unten, von der Mitte und von eher-oben an. Von links. Von rechts. Währenddessen gab es für uns und die Teilchen Erklärungen unseres exklusiven Safariführers, die die Zusammenhänge von CMS-Elementen, Mondfinsternissen und den Teilchen aus der Bäckerei darlegten.

Teilchen auf einem Stuhl.

Zu CMS gehört aber mehr als einfach nur ein großer Haufen von Kabeln, Magneten und Elektronik. Zur Koordination der Fantastrillionen von Daten sind wahlweise 2,5 Fantastrillionen Affen oder ein paar Computer nötig. Wegen Platzgründen und der Position des Saturns im Transzendenten Aus Effizienzgründen hat man sich im CERN für die Computer entschieden, sie über CMS in einen Kontrollraum zu einer Menge Bildschirmen gepackt und uns hinterher dadurch geführt. Besonders die Teilchen waren begeistert, schließlich kommen sie sonst nur noch in digitalisierter Form dort an und konnten so einmal in den unbinären Genuss physikalischer Pionierarbeit kommen.

Das Teilchen hat einen zuviel getrunken…

Nach einem dermaßen voll gepackten Tag hatten unsere Teilchen schmerzen in ihren Gluonen und überredeten uns, ein bisschen im CERN-eigenen Restaurant abzuhängen. Nichts leichter als das, schließlich gaben sie uns Bier und Wein aus — sie tunnelten es einfach durch die Kassen, diese Füchse. Es wurde über die Welt, das Universum und den ganzen Rest diskutiert, man erzählte Geschichten von seiner Lieblingszerfallskette und ging, als sich schließlich die Sonne tief hinter den Schweizer Bergen dematerialisiert hatte, völlig kaputt ins Bett.

Ein Teilchen, kurz bevor es in LEIR einzubrechen versucht.

Der zweite Tag der Expedition in den Urwald der Elementarteilchenphysik führte uns zu schmaleren Experimenten, u.A. den etwas kleineren und vor allem recht unbekannten Beschleuniger LEIR. Zu Recht werdet ihr jetzt fragen, was denn das Tolle daran ist. Daneben, dass das Ding einfach irgendwo, mit großen Betonlegoklötzen vom Rest abgetrennt in einer großen Halle steht, als sei gerade Teilchenbeschleuniger-Mittagspause; daneben ist das Tolle an LEIR, dass der Beschleuniger früher LEAR hieß und den ersten Antiwasserstoff hergestellt hat. Und das wiederum kennt man aus der einschlägigen Populärliteratur. Wir versuchten unsere Teilchen in den Beschleuniger einzuschleusen um selbst etwas Dan Brown Antiwasserstoff zu erzeugen, aber leider waren gerade alle Tunnelströme gesperrt und auch die Regelklappen 12a bis 821g waren gerade fluxkondensiert.

Versammlung vor dem CLIC-Logo.

Ein anderes von den Teilchen besuchtes Experiment nannte sich CLIC, hat nichts mit clicks zu tun aber dafür mit einem recht faszinierenden Beschleunigungskonzept: Ein Teilchenstrahl wird benutzt, um einen anderen Teilchenstrahl zu beschleunigen. Ziemlich fancy und so neu, dass selbst die Teilchen kurzzeitig Photonen aussandten. Im CERN wird dieses Beschleunigerkonzept gerade aufgebaut, kalibriert und getestet. Die Teilchen und wir konnten live dabei sein und sogar fast anfassen.

Vor der Scheibe: Teilchen.
Dahinter: Computer. Viele.

Und hier käme jetzt eigentlich ein Bericht über das Rechenzentrum im CERN, wo wir vor lauter GHz, FLOPS, Peta-Bytes und GBits wieder einmal unser ganzes Superlativ-Vokabular inflationär hätten benutzen müssen. Aber glücklichster weise wurde uns der Zutritt über Nacht versagt. Vermutlich hatten sie nicht sauber gemacht und wollten den hohen Besuch der Teilchen nicht verschrecken. Können wir verstehen. Und so können wir unsere Superlative frisch in der Tupperdose lassen.
Es blieb uns nur, die Schränke voller astronomischster Rechenpower von der Besucherplattform aus zu betrachten. Beeindruckend war es aber immer noch.

André erklärt einem Teilchen redundante und sicherlich völlig unwichtige Information.

Zum Abschluss zeigten wir den Teilchen noch die Mikrokosmos-Ausstellung, die dauerhaft auf dem CERN-Gelände zu besuchen ist. Neben Geschichtlichem zur Gründung des CERNs und Erklärungen für nicht-Teilchenphysiker, was Teilchenphysiker eigentlich so machen, gibt es auch jede Menge Exponate zum Anfassen und Bestaunen.

Die Mutter der Plasmakugel.

Insbesondere sei hier die Plasmakugel erwähnt, die quasi die Mutter des physikBlog-Logos ist. Zur besonderen Freude der kleinen Teilchen schneiten ein paar Freunde aus dem All⁷ vorbei und haben mit dem international unter Teilchen bekannten Gruß begrüßt: Sie haben lustig in der Funkenkammer geknallt und dabei wilde, nach ISO841 genau festgelegte Bahnen vollzogen.

Als das Elektron am Flughafen in Genf auf den Rückflug wartete, gelange es uns folgendes Schallwelle zu isolieren: “Das CERN ist ein ganz schön tolles Gelände. Soviele schlaue Leute und soviele komplexe Experimente.”
Dem können wir uns nur voll und ganz anschließen.

Alle Fotos:
→ Teilchen-Fotos bei Andis Flickr-Account
→ Weitere CERN-Fotos von Andi
→ CERN-Fotos bei Andrés Flickr-Account

1. Nicht zu verwechseln mit C, CC oder CCC — oder gar CCCC.
2. Nicht zu verwechseln mit Warp-Geschwindigkeit!
3. Relativ, zumindest.
4. Auf einer approximierten Strecke von 2 * 27/(2 * Pi) km.
5. …
6. Deren Inhalt zwischen “Attention! High Voltage!” und “No visitors beyond this point” alternierte. Investigativ wie wir sind, hat uns das selbstverständlich nicht gestört. Zweiteres jetzt. Ersteres natürlich auch.
7. Kosmische Hintergrundstrahlung, nicht zu verwechseln mit der komischen Hintergrundstrahlung.

Der Nobelpreis geht in den Bereich der Teilchenphysik hinein. Teilchenphysik? Schon mal gehört? Na klar! Da machen die doch gerade in der Schweiz was mit! Am CERN am LHC. Womit könnten wir also die Erklärung besser starten lassen, als mit einem Zitat aus unserer CERN’ed-Serie? Eben.
Aus dem Artikel zum LHCb:

Montag morgen, 9:25 Uhr. Ihr steht auf, gestern Abend war noch Einweihungsparty bei Peter und es gab reichlich Alkohol. Verkatert steht ihr im Bad und putzt euch die Zähne. Schließlich wollt ihr vor der Vorlesung um 10 noch etwas mit dem Prof besprechen. Aber was ist das? Euer Spiegelbild putzt sich nicht die Zähne sondern streichelt ein kleines Kätzchen auf dem Arm. Sollte ein Spiegel nicht das Gleiche, nur spiegelverkehrt wiedergeben?

Ungefähr so ist das nämlich mit den Symmetrien und den Symmetriebrüchen.
Es gibt verschiedene Arten von Symmetrien. Am besten vorstellen kann man sich die Spiegelsymmetrie. Wäre eine Katze eine Kugel, sähe sie vor einem Spiegel identisch aus. Aber seit 1923 gibt es auch katzenförmige Katzen. Mit Kopf und Schwanz. Und hier hört die Symmetrie auch schon auf: Vorne sieht die Katze anders aus als hinten. Zum Glück.

Sombrero Katze
(cc) by Malingering

Da Physiker nicht mit Katzen und Spiegeln arbeiten¹, muss das Ganze ein wenig abstrahiert werden. Anstelle von Katze und Spiegel nehme man jetzt das Vakuum undoder superduper tiefe Temperaturen. Im Rahmen des Mexikaner-Hut-Modells² hat z.B. ein rundes Teilchen in der Mitte der Spitze des Huts symmetrische Eigenschaften. Aber wenn man nur ein bisschen am Hut oder am Teilchen wackelt, dann verliert es seine instabile Position in der Mitte des Huts und fällt in die Hutkrämpe herunter. Jetzt ist es in einem Grundzustand angelangt – befindet sich aber nicht mehr symmetrisch in der Mitte des Huts. Zack, Symmetrie verletzt.

Hut, hin oder her. Warum ist das jetzt so toll? Ganz einfach: Ohne Hut keine Katze! Und das wäre doch furchtbar!
Katzen bestehen nämlich aus Materie. Das ist in sofern erstaunlich, als dass es damals^TM, direkt nach dem Urknall³, als sich aus Energie langsam ein Brei von (Anti-)Materie bildete, ein Gleichgewicht von Materie und Antimaterie gab. Und dass die Katze nun nicht lila ist, auf den Ohren läuft und aus Antimaterie besteht, liegt an einem spontanem Symmetriebruch. Zumindest die letzte Eigenschaft. Irgendwie hat die Materie nämlich überhand gewonnen und ist teilweise bei der Antimaterie-Vernichtung übrig geblieben.
Ein anderes, bekanntes Beispiel von spontanen Symmetriebrüchen wäre z.B. der Zerfall von (Anti-)Kaonen, den wir schon im LHCb-Artikel beschrieben haben. Der Kaon-Zerfall war es, der initial darauf hindeutete, dass es Symmetriebrüche überhaupt gibt.

Und für die Erklärung solcher spontanen Symmetriebrüchen gab es jetzt den Physik-Nobelpreis.

Yoichiro Nambu, der die eine Hälfte des Nobelpreises bekam, hatte supraleitende Materialien in den 60ern untersucht, seine Feststellungen auf das Gebiet der Teilchenphysik übertragen und damit eine mathematische Beschreibung geliefert, die schließlich deutlich zur Entstehung des modernen Standardmodells in der Teilchenphysik beitrug.

Die andere Hälfte wird nochmal halbiert und auf Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa aufgeteilt, die spontane Symmetriebrüche bei Experimenten an Teilchenbeschleunigern erklären konnten⁴. Das machten sie mit einer dritten Generationen von Quarks. Ihr wisst schon, Quarks, das sind die Dinger, aus denen z.B. Protonen zusammengebaut sind.
Neben den anfänglichen up- und down-Quarks wurden so strange- und charm-, und dann eben auch bottom- und top-Quarks postuliert. Man fand auch tatsächlich alle dieser Elementarteilchen – das letzte, das schwere top-Quark erst 1995.
So haben wir also nicht zuletzt durch Kobayashi und Maskawa ein hübsches Standardteilchenmodell, aus sechs Quarks drei unterschiedlicher Generationen – natürlich mit weiteren sechs Antiquarks.

Wer mehr dazu wissen möchte, der möge sich das offizielle “Information for the Public”-Dokument des Nobelpreis-Komittees durchlesen. Das ist wunderbar allgemeinverständlich geschrieben und hat sogar eine Umarmung mit einem Alien inklusive⁵.

Von alpha-Centauri, dieser Physik-Erklär-Sendung von BR-alpha mit der unglaublich spacigen Titelmelodie, gibt es auch ein 15 Minuten Video zu Symmetriebrüchen. Eigentlich würde ich das jetzt hier einbinden, geht aber leider nicht. Daher leider nur der Direktlink, der das Browserfenster auch noch verkleinert (grrr!), das Video ist aber trotzdem empfehlenswert.
DirektSymmetriebruch

1. Zerbrechen zu schnell und werden so schnell dreckig.
2. Ariba ariba!
3. Die älteren Leser mögen sich noch daran erinnern.
4. Die Quark-Mischende CKM-Matrix ist übrigens von den beiden Hübschen.
5. Und da sag einer, Physiker hätten keinen Humor. In einer Nobelpreiserklärung davon erzählen, man müsse aufpassen, wenn man das nächste mal Aliens umarmt, dass sie nicht aus Antimaterie bestehen. In einer Nobelpreiserklärung. Hihi.

Warum wissen wir eigentlich soviel über das CERN, warum beschäftigt uns das so stark? Zum einen ist es natürlich eine weltweite Forschungseinrichtung und hat den größten. Teilchenbeschleuniger natürlich. Zum anderen ist unsere Lieblings-Eliteuniversität in ihrem elementarisiertem Teilchenphysikteil kräftig an diesem Projekt beteiligt, hauptsächlich in Planung, Entwicklung, Bau und mittlerweile auch Betrieb von CMS.

CMS, das ist eines der großen Experimente im LHC und wird, ähnlich wie ATLAS auf die Suche nach neuen Teilchen gehen. Ganz besonders heiß sind die Physiker bekanntlich auf das Higgs-Teilchen. Das Higgs-Teilchen, so besagt es die Theorie von Peter Higgs, sorgt dafür, dass bestimmte Elementarteilchen eine Masse bekommen, was man sich sonst nicht erklären könnte. Dazu aber in einem extra Artikel später mehr. Außerdem soll auch noch nach Hinweisen für andere Theorien wie SUSY und der Stringtheorie mit ihren 10 Dimensionen gesucht werden.

Und wie findet man nun diese Teilchen, wenn sie nicht gerade auf der Straße liegen? Man erzeugt sie. Gemäß Einsteinscher Massen-Energie-Äquivalenz braucht man einfach nur genug Energie, dann entstehen die schon. Die Energie kommt von den Protonen, die im LHC umhersausen und wird beim frontalen Zusammenstoß freigesetzt. Zur Detektion der Teilchen, die beim Zusammenprall entstehen, kommen nun verschiedene Bereiche innerhalb des zylindrischen Detektors zum Einsatz (von innen nach außen):

1) Silizium-Tracker: Sie erfassen die Spur der entstandenen geladenen Teilchen, um daraus ihre Geschwindigkeit (bzw. physikalisch den Impuls) ableiten zu können.
2) ECAL/HCAL¹: Die messen, wie weit ein Teilchen in Materie eindringt. Je weiter es rein geht, desto höher war seine Energie. Wie bei dem Auto, dass in das Haus fährt.
3) dicke Magneten: Sie erzeugen ein ca. 4 T großes magnetisches Feld, dass die Teilchen in ihrer Bahn ablenkt. Ohne dieses würden sie einfach geradeaus fliegen und man könnte ihre Geschwindigkeit nicht messen.²
4) Myon-Kammern: Mit ihnen werden die Bahnen von Myonen bestimmt – das sind Schwesterteilchen der Elektronen, nur in schwer. Dass sie extra Geräte benötigen liegt daran, dass sie einfach durch die anderen Teile fliegen und nichts machen. Man sieht sie also nicht.

Zur Verdeutlichung des Aufbaus hier noch eine Flash-Animation.

Je nach Krümmung der Bahn liegt ein größerer oder kleinerer Impuls vor und zusammen mit der gemessenen Energie kann man dann die Masse der Teilchen bestimmen. Und über die Masse sind die Teilchen schließlich unterscheidbar und definiert.

Soweit so gut, aber das macht ATLAS auch alles so ähnlich und hat auch ein ähnliches Augenmerk auf das, was gesucht wird. Doch warum gleich zwei dieser Experimente, die nicht gerade billig sind? Einerseits ist es nicht verkehrt, wenn man etwas neues und unbekanntes misst, das Gemessene gleich durch eine unabhängige Messung verifizieren zu können. Andererseits erwartet man so schneller die gesuchten Teilchen zu finden, immerhin suchen jetzt zwei Augen statt nur einem.

Und CMS sucht viel und effektiv. Innerhalb einer Sekunde produzieren alle Detektoren eine Datenmenge, die 10.000 Encyclopaedia Britannica entspricht.³ Oder für die jüngeren unter euch: ca. 2342,314 Wikipedias. Für die Güte der Daten soll der größte jemals produzierte Magnet sorgen, der auch das Besondere an CMS ist: Nur die Myon-Kammern sind außerhalb, alles andere ist innerhalb des Magneten platziert. Daher ist das alles extrem kompakt und es passt kein Kätzchen mehr rein⁴ – ist vielleicht auch besser so. Die Strahlung wäre nicht gut für das Kleine. Der ganze Aufwand hat jedenfalls den Vorteil, dass der Magnet die Messung nicht stört, weil die Teilchen erst die Messgeräte und dann den Magneten passieren.
Die Kompaktheit ist übrigens auch der Namensgeber: Compact Myon Solenoid.

Damit das auch alles so klappt, gibt es eine Menge Leute, die daran mitarbeiten. Seit 1992 hat sich die Zahl derer, die mit planen, organisieren und werkeln stetig erhöht. 2003 waren es dann 2300 Leute aus 159 Instituten und 36 Ländern.⁵ Wie eingangs schon erwähnt, bemüht sich auch die RWTH an diesem Projekt und kümmert sich im Wesentlichen um Bereiche der Silizium-Tracker-Entwicklung (I B und III B) oder Myonen-Kammer-Entwicklung (III A).

Und wem das Zugucken bei Andi-und-André-machen-Physikpraktikum langweilig geworden ist, der kann den Leuten im CMS-Control-Room bei der Arbeit über die Schulter blicken.

1. Das ECAL (Electronic Calorimeter) ist auf geladene Teilchen, z.B. Elektronen, ausgelegt; das HCAL (Hadron Calorimeter) ist auf hadronische Teilchen, z.B. Protonen, Neutronen, ausgelegt.
2. Für die Interessierten: Die Geschwindigkeit kann man nicht einfach mit zwei Lichtschranken oder sowas messen, weil sich die Teilchen alle fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Und das ist so schnell, dass man eigentlich nur messen kann, dass sie mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind. Man braucht es aber etwas genauer, sonst wirkt ein Kätzchen nachher wie ein Löwe oder ein Nacktmull.
3. Ein paar weitere Trivia-Facts gibts auf den CMS-Seiten.
4. Eigentlich passt noch nichtmal ein zusätzliches Kabel rein. Sollte also irgendwer in der Planung ein Kabel vergessen haben, so hat derjenige echt ein Problem, denn es passt einfach nicht mehr rein.
5. Quelle: CMS-Seite

Doch fangen wir vorne an: Das CERN hatte zwischen 1989 und 2000 den LEP (Large Electron-Positron Collider) in Betrieb; ein Speicherring, in dem Elektronen und Positronen beschleunigt und aufeinandergeschossen wurden. Und für eben diesen LEP-Beschleuniger wurde ein Tunnel gebohrt, ausgehend vom CERN-Gelände und (fast) kreisrund mit einem Umfang von 26,7km.

Der LEP hatte seine Aufgabe erfüllt⁵, und da man ein Experiment nunmal irgendwann beendet, auch wenn es noch so viel Spass macht, beschloss man den LEP-Beschleuniger im Jahre 2000 auszuschalten. Leider ist ein Tunnel aber teuer. Sehr teuer. Wirklich teuer. So kostete der Bau des LEP (Tunnel und Beschleuniger, aber ohne die Experimente) 1,3 Milliarden Schweizer Franken⁶. Das ist viel Geld, sogar für Schweizer. Zwar war klar, dass man die Geräte nicht mehr gebrauchen kann, aber der Tunnel war da – und so ging die Suche nach einem sinnvollen Nachfolge-Experiment los.

Eigentlich bestand die Idee für den LHC schon, bevor der LEP überhaupt gebaut war⁷. Bereits 1984 wurde in einem Symposium in Lausanne⁸ beschlossen, nach dem LEP eine Maschine zu bauen, die Protonen gegeneinander schleudert. Und da “Große Protonen-Schleuder” doch zu stümperhaft klang, gab man dem Ganzen den Namen “Large Hadron Collider” oder kurz LHC. And here we are.

Nach den 16 Jahren Planung wurde 2000 der LEP aus dem Tunnel ausgebaut. Dafür mussten 40.000 Tonnen Material aus dem Tunnel (maximale Tiefe 135m) an die Oberfläche geschafft werden, das entspricht in etwa dem Gewicht von 13 Millionen Kätzchen, mit dem Problem, das Magnete nicht laufen können. Außerdem müssen die Kavernen für die Experimente vergrößert und erweitert werden, Zuleitungstunnel werden gegraben, der Tunnel wird neu vermessen und so weiter und so fort, kurz: Man hat genug zu tun.

Wer die Marmelade leer macht, der muss neue aus dem Keller holen. Kaum ist der Tunnel also leer, fängt man auch schon an ihn wieder voll zu machen. Also alle Magnete wieder rein⁹, neues Rohr für die Protonen gebaut, damit die auch in Ruhe fliegen können, und alles schön aneinander bauen. Fertig.
Das hat nochmal 8 Jahre gedauert. Eben bis 2008.
Und jetzt kann’s los gehen.

Ach ja: Wer es noch genauer wissen will und findet dass Stichpunkte eh viel cooler sind als ganze Sätze, der findet hier in übersichtlicher Weise die Geschichte des LHC zusammengefasst.

1. “Der CERN-Marathon ist berühmt dafür, dass man sich voll und ganz auf seinen eigenen Laufstil konzentrieren kann: Nichts lenkt ab.”
2. “Das Tunnelambiente verbindet sich vorzüglich mit dem Werk des Künstlers und schafft eine Atmosphäre von unendlicher Tristesse.”
3. “Die nächsten 27 km sind rückwärts!”
4. Scheiterte wohl an der zu reichen Bevölkerung um den Genfer See.
5. So wurden hier die Massen der W- und Z-Bosonen sowie die Zahl der leichten Neutrino-Familien bestimmt
6. das sind nach heutigem Kurs etwa 800 Mio.€, aber den heutigen Kurs darf man da auch eigentlich nicht ansetzen, ist ja schon ein paar Jährchen her
7. Physiker sind vorausschauende Menschen
8. man will ja auch nicht immer von der gleichen Seite auf den Genfer See gucken
9. Aber natürlich neue, bessere, tollere. Eigentlich sogar die Tollsten.

ein neues Gesicht auf der CampusOffice Seite.

48. und neuer Rektor der RWTH

Nicht mehr dieser gemütliche dreinschauende Herr mit weißem Haar, auch bekannt unter dem Namen Univ.-Prof. Dr.rer.nat Burkhard Rauhut. Nein, ein neuer Kapitän hat das Steuer der wohl besten Universität technischen Hochschule übernommen.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ernst M. Schmachtenberg

Am 31. Juli endete die Amtszeit von Burkhart Rauhut und nach 9 Jahren Captains-Deck, neue Gebäude bauen und die Exellenz in trockene Tücher holen, hat er sich seinen Ruhestand wohl redlich verdient. Und damit er nicht ganz ohne Erinnerungen an Aachen in tausend und eine Nacht¹ eintauchen muss, wurde er noch fix mit einem goldenen Rettungs Ehrenring belohnt.

Auch das physikBlog sagt Danke und wünscht eine Gute Reise und begrüßt natürlich den Neuen.

1. er geht an die Oman-German University of Technology, die der RWTH Aachen angehört, quasi ein Außenposten mit “mehr Frauen” – sagt er

Was viele nicht wussten, ist, dass Feynman auch sonst so Einiges drauf hatte. Neben dem kleinen und dem großen Einmaleins hat er auch Pionierarbeit auf dem Gebiet der Quantenelektrodynamik, QED, betrieben. Und das fand seine Oma auch ganz dufte. Denn Feynman hielt es ganz wie Einstein mit seiner Ganzheitlichen Oma Theorie (GOT, Man hat es erst verstanden, wenn man es seiner Großmutter erklären kann) und war immer bemüht die noch so schwere Theorie in verständliche Form zu hüllen.
Legendär sind seine Vorlesungen, in denen er hochkomplexen Stoff von Dekaden von Forschungsarbeit fast ohne Formeln seinen Studenten vorstellt.

Damit wir uns selbst von seiner Genialität und Legendarität überzeugen können werden wir die Feynmanschen Douglas Robb Memorial Lectures gemeinsam mit allen Interessierten und Interessiertinnen (sprich: EUCH) im Rahmen der Elementarteilchen-I-Vorlesung von Prof. Stahl anschauen. Und nebenbei die QED verstehen. Komplett.

Los geht’s am Donnerstag, 8. Mai um 17:30 im brandneuen Physik-Hörsaal im Physik-Zentrum. Dann setzen wir eine Woche aus und werden die verbleibenen drei Vorlesungen in den folgenden Wochen schauen.
Popcorn, Cola und Photonen sind selbst mitzubringen.

Wer einen von den Erziehungsberechtigten unterschriebenen Entschuldigungszettel vorweisen kann, der bekommt auch von uns den Link, unter dem man sich die Vorlesung im Internet anschauen kann.

Manchmal, aber nur manchmal, haben Physiker ein kleines bisschen Horizonterweiterung gern. Sagt man. Hab ich gehört.

Deswegen könnte für den ein oder anderen der Tag der Informatik am Freitag, 7. Dezember im Informatikzentrum der horizonterweiternde Trip für’s Wochnende sein.
Wolltet ihr nicht schon immer wissen, wie so ein Quantencomputer funktioniert und aussieht? Oder wie ihr die vielen Daten eurer kommenden BlueRay-Sammlung auf Festplatten speichert und sie in kleinen Stücken via E-Mail zu eurem Lieblingskommilitonen verschickt? Oder wie ein auf Disketten¹ kopierter HD-DVD-Film in möglichst wenig Containern einen möglichst kurzen Weg zur Mutti zurücklegt?
Eben.
Dabei kann man dann noch künstlichen Intelligenzen beim Kämpfen zusehen. Kann ja auch ganz interessant an, kommt schließlich auf die inneren Werte an.

Genug Gründe also, die Katakomben der Informatik am 7.12. aufzusuchen.

1. Altes Speichermedium, das durchschnittlich erlaubte 0,84 Grundgesetze, 0,69 Gesetzeserweiterungen und die komplette Briefsammlung² 1946-1989 abzuspeichern. Entspricht in heutigen Einheiten etwa 0,2 YouTube-Videos oder 7863 Googlesuchergebnisse (die ersten 10 Seiten). Oder eine sog. dll-Einheit [?]
2. Altes Kommunikationsmedium, meistens in direktem Zusammenhang mit Papier zu finden. Wurde viele Jahre zur Langstreckenkommunikation benutzt und ist Grundstein des Internetversenders DHL. Seit der Abschaffung von ‘Handschrift’ und ‘Papier’ in den frühen Jahren des 21. Jahrhunderts langsam aussterbendes Kommunikationsrelikt. Einige Exemplare von “Brief” finden sich in den großen Nationalmuseen Deutschlands, z.B. im Deutschen Museum direkt neben dem Z3. [?]

Wenn das mal nicht Elite ist…

Die RWTH Aachen ist Elitehochschule.

Herzlichen Glückwunsch.
Danke.

Pressespiegel:

Hä? Auf den Vortrag zum Thema “Zeit als Phänomen” hatten wir doch schon hingewiesen. Warum jetzt nochmal?
Ha! Ganz einfach: Dieses ist eine Art zweiter Teil der Reihe! Das dynamische Duo des Denkenfragens und Formelfragens ist damit komplett, denn dieses Mal wird vorgetragen von Philosophieprofessor Keil. (Das war der, der beim “Determinismus vs. Freiheit”-Vortrag die letzte halbe Stunde und 95% der Fragerunde geschmissen hat.)
Der exakte Namen dieser Veranstaltung ist: Was ist Zeit? Eine philosophische Betrachtung.
Wer sich also jetzt fragt “Soll ich da hin gehen? Oder ist die Zeit vergeudet?”, dem könnte dieser Teaser vom offiziellen “Im Fokus”-Plakat der RWTH-extern bei der differenzierten Antwortfindung helfen:

„Was ist also Zeit? Wenn mich niemand fragt, weiß ich’s; wenn ich es einem Fragenden erklären will, weiß ich’s nicht.“ Diese berühmte Bemerkung des Philosophen Augustinus deutet an, wie schwer der Begriff der Zeit zu fassen ist. Wir sprechen davon, keine Zeit zu haben, Zeit totzuschlagen, die Zeit anhalten oder zurückdrehen zu wollen, sie im Fluge vergehen zu sehen, doch kaum eine dieser Redeweisen hält näherem Nachdenken stand. Die Zeit kann weder beschleunigt noch angehalten noch zurückgedreht werden, und genaugenommen fließt sie auch nicht. Was also ist Zeit? Einige der größten Denker der Menschheit – Aristoteles, Newton, Leibniz, Kant, Einstein – haben sich an dieser Frage versucht. Der Vortrag will eine Einführung in die Philosophie der Zeit bieten.

Das hört sich doch ganz kurzweilig an.
Findet also Zeit, am kommenden Mittwoch, den 20. Juni 2007 um 19:30 den Fo4 aufzufinden.

Und wer Informationen zum Verbleib des Tempon findet. Immer her damit.

Getreu unserem nichtvorhandenem Mission Statement möchte das physikBlog euch ja auch immer auf dem Laufenden halten, wenn in der RWTH interessante Vorträge stattfinden. Jetzt ist es wieder so weit, und dieses Mal ist der Vortrag sogar nicht bereits morgen!

Prof. Schmitz, vielen von uns aus Vortrag und Vorlesung bekannter Theoretischer Physiker, hält im Rahmen der Veranstaltungsreihe “Zeit als Phänomen” einen Vortrag über t — mit Namen “Von Uhren übers GPS zum Chaos – die physikalische Zeit”.
Die spärliche Information (PDF), die es zum Vortrag gibt, beinhaltet folgende Beschreibung:

Die Zeit als „Metronom“ der Veränderung der Dinge spielt eine entscheidende Rolle in allen physikalischen Theorien.
Während sie zunächst als metaphysisches Konzept behandelt wurde – die Zeit als gleichmäßig dahin fließender Strom – wurde sie nach und nach selbst zum Gegenstand physikalischer Forschung. Auf einem Rundgang durch die physikalischen Disziplinen – von der vorklassischen zur klassischen Mechanik über die Elektrodynamik zur speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie bis hin zur Thermodynamik und Quantentheorie – wird die Entwicklung des physikalischen Zeitbegriffs nachgezeichnet.

Stattfinden wird das Ganze am kommenden Mittwoch, 6. Juni um 19:30 im Fo4 des Karman-Auditoriums.

Damit der Raum von der Größe her nicht wieder nicht-passt: kommt bitte nicht alle. Bleibt doch einfach mal zu Hause. Setzt euch mit einem Bier in den Park. Oder macht das, was faule Studenten sonst so machen. Auch wenn der Votrag andeutet, interessant zu werden. Manchmal muss man auch einfach sich der Lethargie hingeben und Student sein. Ja?

Aber welches graus laß ich bei der ZEIT online? Die NASA hat den Space-Shuttle-Flug zur ISS, welcher das AMS huckepack nehmen sollte, gestrichen! In ihrer Sparen-für-den-Mond-und-Mars-Phase hat man bei der NASA bekanntlich die Flüge des Space Shuttles zusammengestrichen, wo es nur ging. Das 1,5-Milliarden-Dollar teure Internationalprojekt soll am Boden bleiben. (Wenn dieses Ding so verdammt teuer ist, warum ist dann nicht wenigstens etwas Geld für eine vernünftige Homepage übrig geblieben?)

Das geht so nicht.
Das physikBlog fordert: Ihr da, bei der NASA, lasst arme Forschungslaboratorien frei! Lasst sie fliegen und Dunkle Materie suchen!
Liebe Leser, helft mit! Rettet das AMS. Ruft die NASA an. Mailt Bush. Schickt Tauben zu Griffin. Und neunundneunzig Luftballons.
[via Sidebar rwth-aachen.de]
NASA, gebt dem AMS asyl, sonst werden wir euch in unseren Weltherrschaftsplänen nicht mit einbeziehen. Oder Schlimmeres.