CERN-Exkursion
Die CERN-Exkursion richtet sich an naturwissenschaftlich orientierte Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufe 11 des AEGs, die hauptsächlich aus den Physik-Leistungskursen stammen. Sie findet gegen Ende des 11. Schuljahres statt und führt die Teilnehmer an das Europäische Kernforschungszentrum (Conseil European pour la Recherche Nucleaire, CERN) im Grenzgebiet zwischen der Schweiz und Frankreich in der Nähe der Stadt Genf.
Im Verlauf der dreitägigen Exkursion besuchen die Teilnehmer das größte Labor der Welt, das auch den größten Teilchenbeschleuniger LHC der Welt beherbergt und in dem Tausende von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus über 80 Nationen, darunter auch mehrere Nobelpreisträger, ungeachtet aller politischer Differenzen ihrer Heimatländer friedlich miteinander zum Wohle der Menschheit zusammenarbeiten. Als eine weltweit führende Einrichtung auf dem Gebiet physikalischer Grundlagenforschung ist das CERN auch an vielen technologischen Entwicklungen maßgeblich beteiligt, die eher „nebenbei“ bei der Weiterentwicklung der Detektortechnologie anfallen. So ist es beispielsweise auch die Geburtsstätte des World Wide Web, der modernen Form des Internets.
Konkret werden am CERN Protonen oder größere positiv geladene Ionen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und zur Kollision gebracht, wobei die darin enthaltenen Elementarteilchen aufeinander Kräfte ausüben und auch viele neue Elementarteilchen entstehen. Die Kollisionsenergie E wird hierbei gemäß E = mc² zur Bildung neuer Materie mit Masse m genutzt. Die Kollisionen werden mit Hilfe riesiger Detektoren (z.B. Atlas oder CMS) aufgezeichnet und ausgewertet, wobei gigantische Datenmengen anfallen. Durch die Auswertung lässt sich herausfinden, welche Elementarteilchen es in unserem Universum gibt, wie diese aufeinander Kräfte ausüben und wie sie sich in andere Elementarteilchen umwandeln. Insbesondere kann dadurch das so genannte „Standard-Modell der Elementarteilchenphysik“ überprüft oder ggf. erweitert werden. Zum Beispiel wurde im Jahre 2012 auf diese Weise zum ersten Mal ein ganz besonders wichtiges Teilchen, das so genannte „Higgs-Boson“ und damit auch das so genannte „Higgs-Feld“ nachgewiesen, dessen Existenz erklärt, warum manche Elementarteilchen (und damit auch alle Dinge, die aus diesen Teilchen bestehen) eine Masse haben.
Vor der Kollision müssen die Elementarteilchen den Beschleuniger viele Male auf einer kreisförmigen Bahn umlaufen, auf die sie durch Magnetfelder gezwungen werden. Aufgrund der extrem hohen Geschwindigkeiten braucht man dafür auch extrem starke Magnetfelder, die mit Hilfe von supraleitenden Spulen erzeugt werden, die von starken elektrischen Strömen durchflossen sind. Bei einem Supraleiter handelt es sich um ein Material ohne elektrischen Widerstand unterhalb einer bestimmten, tiefen Temperatur, daher müssen die Spulen auch ständig mit flüssigem Helium tiefgekühlt werden auf ca. -269 °C bzw. 4 K. Auf dem Besuchsprogramm stehen kostenlose Führungen zu verschiedenen Forschungseinrichtungen auf dem CERN-Gelände, die durch hiesige Mitarbeiter fachkundig betreut werden, ein Besuch von Dauerausstellungen in den Gebäuden „Science Gateway“ und „Globe“ sowie bei Verfügbarkeit ein Workshop, in dem z.B. Nebelkammern zur Sichtbarmachung der natürlichen Radioaktivität gebaut werden. Zur Vorbereitung der Exkursion nehmen alle Teilnehmer darüber hinaus an einem Kompaktkurs teil, in dem die nötigen Grundlagen zur Elementarteilchenphysik vermittelt werden. Außerdem besteht die Gelegenheit, an den Abenden der ersten beiden Exkursionstage die wunderschön am Ufer des gleichnamigen Sees gelegene Genfer Innenstadt zu besichtigen und sich dabei schon mal ein wenig auf die nahenden Sommerferien einzustimmen.
