Physiker haben Pläne für einen europäischen Nachfolger des derzeit weltgrößten Teilchenbeschleunigers präsentiert. Der Large Hadron Collider (LHC) am Genfer Kernforschungszentrum CERN findet in einem 27 Kilometer Kreistunnel im Nordosten von Genf Platz, in dem seit 2009 Atomkerne zur Kollision gebracht werden. Sein Nachfolger soll einen Umfang von 100 Kilometer erreichen und subatomare Teilchen mit noch größerer Geschwindigkeit aufeinanderjagen, schreiben Wissenschaftler im nun vorliegenden Design-Report für den Future Circular Collider (FCC).

Die Maschine könnte den Plänen zufolge um das Jahr 2040 ihren Betrieb aufnehmen. Zu diesem Zeitpunkt wird der LHC (inklusive eines noch nicht genehmigten Ausbaus) seinen Betrieb eingestellt haben. Im Kreistunnel des FCC würden dann zunächst Elektronen und Positronen zusammenstoßen, später könnte die Maschine dann in einen Protonen-Beschleuniger nach Vorbild des LHCs umgewandelt werden.

Erst Elektronen und Positronen, dann Protonen

Die Elektron-Positron-Maschine würde dem Design-Report zufolge Energien zwischen 90 und 350 Gigaelektronvolt erreichen. Damit ließe sich insbesondere das 2012 entdeckte Higgs-Teilchen in größerem Detail als bisher untersuchen. Technologisch gilt solch eine Maschine bereits heute als machbar.

Nach der Umstellung auf Protonen, die in den 2050er Jahren erfolgen könnte, käme der Beschleuniger dann auf 100 Teraelektronvolt (TeV) beziehungsweise 100 000 Gigaelektronvolt, dem Siebenfachen der LHC-Energie. Für den Ausbau wären jedoch neue supraleitende Magnete notwendig, die es momentan noch nicht gibt.

Ob solch ein Riesenbeschleuniger wirklich neue Phänomene aufspüren würde, ist offen. Die Experten hoffen vor allem auf subatomare Prozesse, die nicht vom Standardmodell der Teilchenphysik erfasst werden, dem etablierten Regelwerk für den Mikrokosmos. Bereits der LHC sollte derartiges Neuland betreten, hat bislang jedoch nur sämtliche Vorhersagen des Standardmodells bestätigt.

Die Pläne für den Bau des FCCs, an denen 1300 Wissenschaftler von 150 Universitäten aus aller Welt mitgewirkt haben, dürften daher noch für Diskussionen in der Wissenschaftlergemeinschaft sorgen, auch wegen des anvisierten Preises: So soll der Elektron-Positron-FCC rund neun Milliarden Euro kosten, von denen fünf auf die Tunnelarbeiten entfallen sollen. Die Umrüstung zu einem Protonen-Beschleuniger würde dann weitere 15 Milliarden erfordern.

Der FCC ist nicht die einzige Idee für die Zukunft der Teilchenphysik in Europa. So diskutieren Wissenschaftler seit Jahren auch über einen Linearbeschleuniger namens CLIC, der ebenfalls am CERN entstehen könnte. In den kommenden zwei Jahren will sich die Gemeinschaft der Teilchenphysiker darauf verständigen, welches Projekt umgesetzt werden soll.

Ob das CERN langfristig das Zentrum der Beschleunigerphysik bleibt, dürfte derweil nicht nur vom Westen abhängen: Auch in China werben Physiker für den Bau eines 100-Kilometer-Teilchenbeschleunigers, der für Forscher aus aller Welt offen stehen soll. Das würde mit Sicherheit auch für die Maschine am CERN gelten. Somit ist nur schwer vorstellbar, dass beide Beschleuniger gebaut werden.