SPS – Arbeitspferd für die Teilchenphysik
Das Super Proton Synchrotron ist die zweitgrößte Maschine am Forschungsinstitut CERN. Dort lassen sich Protonen, aber auch andere Teilchen wie Antiprotonen, Ionen, Elektronen oder Positronen beschleunigen – früher für eigene Kollisionsexperimente und heute für die Forschungen am Large Hadron Collider, COMPASS/AMBER, NA61 und NA62.
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Ort:
Genf (Schweiz) -
Baukosten:
1,1 Milliarden Schweizer Franken -
Anzahl Forschende:
circa 650 in verschiedenen Experimenten -
Beteiligte Länder:
Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Israel, Italien, Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, Schweiz, Serbien, Slowakei, Spanien, Tschechien, Ungarn, Vereinigtes Königreich -
Ziel:
Exotische Formen der Materie suchen, Strahlen für den LHC und weitere Experimente am CERN bereitstellen -
Gerätetyp:
Teilchenbeschleuniger -
Messmethode:
Teilchendetektion -
Untersuchungsobjekt:
Bausteine der Materie und Antimaterie: Atomkerne, Elektronen, Positronen, Protonen, Antiprotonen -
Inbetriebnahme:
1976 -
Rechtsform & beteiligte Institutionen:
CERN – Europäische Organisation für Kernforschung (Internationale Organisation) -
Größe:
Ringbeschleuniger mit 7 km Umfang -
Experimentdetails:
Beschleunigt Teilchen auf bis zu 450 GeV; beinhaltet 1317 konventionelle Elektromagnete
Welche Erkenntnisse das SPS liefert
Simon van der Meer
Carlo Rubbia
Das Super Proton Synchrotron am CERN nutzte verschiedene Teilchen – etwa Protonen, Ionen oder Antiprotonen, um in Kollisionsexperimente neue Erkenntnisse über die kleinsten Teilchen zu erhalten. Unter anderem untersuchten Forschende am SPS, weshalb unser Universum aus Materie und nicht aus Antimaterie aufgebaut ist, wie Protonen aufgebaut sind und welche exotischen Formen der Materie es gibt.
1983 gelang es sogar, die sogenannten W- und Z-Teilchen mit Kollisionsexperimenten von Protonen und Antiprotonen am SPS zu entdecken. Dies brachte Carlo Rubbia und Simon van der Meer im darauffolgenden Jahr den Nobelpreis für Physik ein.
Heute dient das SPS dazu, Strahlen hochenergetischer Teilchen für andere Experimente - den Large Hadron Collider sowie COMPASS/AMBER, NA61/SHINE und NA62 - zur Verfügung zu stellen
Wie das SPS funktioniert
Das Super Proton Synchrotron
Das SPS nutzt Teilchen aus dem Proton Synchrotron – einem kleineren Beschleunigerring, der die Teilchen bereits vorbeschleunigt. Verschiedenste Teilchen lassen sich hierdurch auf hohe Energien bis zu 450 Gigaelektronenvolt beschleunigen, darunter Protonen, Antiprotonen, Ionen wie etwa Schwefel- oder Sauerstoffatomkerne – aber auch leichtere Teilchen wie Elektronen und die gleich leichten, aber positiv geladenen Positronen.
Mittels über 1300 konventioneller Elektromagnete lenkt das SPS den Strahl der Teilchen ab und hält sie auf einer Kreisbahn. Dabei werden sie weiter beschleunigt. Anschließend können sie entweder für Experimente am SPS selbst genutzt werden – oder aber so abgelenkt werden, dass sie zu anderen Experimenten – etwa am LHC – gelangen.
Wer am SPS beteiligt ist
Large Hadron Collider
Deutschland finanziert mit rund 250 Millionen Euro im Jahr (circa zwanzig Prozent des CERN-Haushaltes) die Aktivitäten am CERN. Neben dem Hauptanteil für den Betrieb des LHC fällt darunter auch der Betrieb des SPS. Das macht Deutschland zum größten Geldgeber und sichert seine herausragende Position innerhalb der Teilchenphysik. Darüber hinaus fördert das BMBF über die Projektförderung ErUM-Pro die Beteilung deutscher Hochschulen an den Experimentkollaborationen NA62 und COMPASS.
Was gerade am SPS passiert
Beam Dump
Derzeit werden am SPS Teilchen für den LHC weiter vorbeschleunigt sowie für andere Experimente bereitgestellt. Zuletzt hat das SPS einen neuen Beam Dump (auf Deutsch etwa Strahlfalle) erhalten: In Vorbereitung auf den High-Luminosity LHC (HL-LHC) dient die neue, neun Meter lange Abschirmung aus Stahl, Beton und Marmor dazu, die Teilchen sicher zu aufzunehmen, wenn deren Flug im SPS beendet werden muss. Das geschieht zum Beispiel, um den Beschleunigerbetrieb zu stoppen. Die ebenfalls installierten Überwachungssysteme erlauben es, das Profil des Teilchenstrahls zu überwachen. So lässt sich in Echtzeit beobachten, wann und wo Teilchen von der Bahn abkommen und an den Bauteilen absorbiert werden. Mit diesen Informationen können zukünftige Beam Dumps weiterentwickelt werden.
Zudem ist derzeit das Beschleunigerexperiment AWAKE in der Entwicklungs- und Testphase. Hierfür spielt das SPS eine wichtige Rolle, denn es liefert Strahlen aus Protonen, die in eine neue 10 Meter lange Plasmaquelle geschickt werden, um Elektronen zu beschleunigen. Dank der SPS-Protonen ist AWAKE das erste protonengetriebene Plasma-Beschleunigungsexperiment.
zuletzt aktualisiert: Februar 2024
