«Die Schweiz profitiert enorm von diesem Teilchenbeschleuniger»

Forscher debattieren über den Kauf eines Beschleunigers, der bis zu 28 Milliarden kosten könnte. Wie lässt sich das rechtfertigen? ETH-Physiker Rainer Wallny nimmt Stellung.

Vom Bau des Teilchenbeschleunigers LHC am Cern profitierte nicht nur die Grundlagenforschung, sondern auch die Industrie. Foto: Christian Beutler (Keystone)

Vom Bau des Teilchenbeschleunigers LHC am Cern profitierte nicht nur die Grundlagenforschung, sondern auch die Industrie. Foto: Christian Beutler (Keystone)

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Klimawandel, Coronavirus, künstliche Intelligenz – das sind die Themen, die uns heute bewegen. Da wirkt Teilchenphysik wie unnötiger Luxus. Wie lässt es sich rechtfertigen, möglicherweise bis zu 28 Milliarden Franken für einen Beschleuniger auszugeben?
Um gesellschaftliche Probleme zu lösen, von denen Sie jetzt einige aufgezählt haben, gibt es zwei Herangehensweisen. Da ist erstens die direkte, anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung. Ein Beispiel hierfür ist die Entwicklung des MP3-Formats für Musik. Die Herausforderung war, Musikdaten durch die damals noch beschränkten Datenkanäle zu bringen. Das war ein Forschungsprogramm mit einer klaren Aufgabe und einem klaren Ziel. Daneben gibt es einen indirekten Modus.

Die Grundlagenforschung?
Genau. Auch wenn man eine wissenschaftliche Frage löst, die ­zunächst einmal nichts mit einer Anwendung zu tun hat, zeigt es sich, dass wir Fertigkeiten bereitstellen können, die einen praktischen Wert haben.

Zum Beispiel?
Die Entdeckung des Elektro­magnetismus. Das war eine rein von der Neugier getriebene Forschung. Heutzutage können Sie sich ohne Elektromagnetismus gar nichts mehr vorstellen. Das steckt in jedem Gerät mit Akku oder Stromanschluss.

Der Physikstratege

Rainer Wallny (50) ist Professor am Institut für Teilchen- und Astrophysik an der ETH Zürich. Seine Forschung konzentriert sich auf das CMS-Experiment am Large Hadron Collider (LHC) des Cern bei Genf. Wallny leitet das Swiss Institute of Particle Physics (Chipp) und ist in dieser Funktion massgeblich an der Strategie für künftige Teilchenphysik in der Schweiz beteiligt. (jol)

Gibt es konkrete Beispiele, wie die Entwicklung des Large Hadron Collider (LHC) am Cern zu praktischen Anwendungen geführt hat?
Um die beschleunigten Teilchen auf der gewünschten Bahn zu halten, braucht es extrem starke supraleitende Magnete. Vor der Entwicklung des LHC wusste man noch nicht, wie man einen Beschleunigermagnet mit einer Feldstärke von rund acht Tesla bauen kann. Dank der Entwicklungen am Cern beherrscht das heute auch die Industrie. Diese Techniken sind dann zum Teil wieder relevant für andere ­Anwendungen supraleitender Technologie, zum Beispiel bei der Magnetentwicklung für die Kernspintomografie.

Also für ein bildgebendes Verfahren in der Medizin.
Ja. Ein anderes Beispiel ist die Krebstherapie mit Protonenstrah­len. Da kommen Beschleuniger zum Einsatz, wie sie einst für die Teilchenforschung entwickelt wurden. Die jetzt angestrebten Verbesserungen der Beschleuniger setzen Fortschritte in der ­Magnetentwicklung voraus, und diese werden ohne Zweifel ­wiederum neue Möglichkeiten in den bereits erwähnten Anwendungen zur Folge haben.

Lässt sich der sozio­ökonomische Impakt von Projekten wie dem Bau eines neuen Teilchenbeschleunigers beziffern?
Vom Bau des LHC hat die Schweiz enorm profitiert. Auch für jeden 2018 am Cern investierten Franken erhielt die Schweiz einen ­Return on Investment von sechs Franken. Das hat damit zu tun, dass die Gastgeberländer wie die Schweiz vom Cern rein durch die geografische Lage profitieren. Andere Länder haben nicht ganz so stark profitiert. Was die aktuelle Aufrüstung des LHC zu höherer Intensität betrifft, hat eine Studie beziffert, dass für jeden investierten Franken insgesamt rund 1,8 Franken Mehrwert kreiert wird.

Worin besteht der Mehrwert?
Viele beteiligte Firmen arbeiten am Limit dessen, was technisch möglich ist. Das führt zu einem Technologietransfer von der Forschung in die Industrie, wie das Beispiel der Kernspintomografie zeigt. Auch durch die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftern, die an diesen Projekten arbeiten, generiert man Mehrwert. Denn nach der Ausbildung können ­diese Leute mit höheren Löhnen rechnen. Ein anderes Beispiel für eine Innovation, deren Mehrwert sich kaum beziffern lässt, ist das oft bemühte World Wide Web, das am Cern erfunden wurde.

«Für jeden 2018 am Cern investierten Franken erhielt die Schweiz sechs Franken.»

Wenn der Cern-Forscher Tim Berners Lee das WWW nicht entwickelt hätte, so sagen manche, dann hätte es halt wenig später jemand anderes getan, vielleicht bei einem IT-Konzern.
Das glaube ich eben nicht. Zwar gibt es Beispiele aus der Wissenschaft und der Geschichte der ­Innovationen, dass eine Idee quasi auf der Strasse liegt. Es gibt aber auch Beispiele, zu denen ich die Entwicklung des WWW ­zähle, wo eine Idee nur deshalb fruchten konnte, weil an jenem Ort ganz bestimmte Voraussetzungen geherrscht haben.

Und die wären?
Beim WWW war die Voraussetzung, dass die Zusammenarbeit des Cern mit anderen Partnern des Internets völlig offen war. Im Gegensatz zur Industrie konnte diese als Grundlagenforschung in der Informationstechnologie betriebene Arbeit von Tim Berners Lee erfolgen, ohne dem Kommerzialisierungsdruck der Industrie ausgesetzt zu sein. Die Idee des WWW konnte auch deshalb fruchten, weil jeder Partner diese Idee nutzen konnte, ohne dafür bezahlen zu müssen. Nur so konnte das WWW zu jener ­kritischen Masse gelangen, die es dann zum Erfolg führte.

Und was sagt uns das?
Die Lehre daraus ist, dass nicht nur die angewandte Forschung Innovationen erzeugt, sondern eben auch die Grundlagenforschung. Der Innovationssamen muss auf fruchtbaren Boden fallen. Ein solcher ist zum Beispiel das Cern.

Beim LHC war die Entdeckung des Higgs-Teilchens quasi gesichert. Wenn für Milliarden ein neuer Beschleuniger gebaut wird, gibt es dann auch eine gesicherte Entdeckung?
Die Situation beim Higgs-Teilchen war speziell. «Gesicherte» Entdeckungen gibt es in der Wissenschaft nur selten. Vergleichbar ist vielleicht die Entdeckung der Gravitationswellen. Es gibt ­jedoch auch den anderen Forschungsmodus, bei dem Experimente in unbekanntes Territorium vorstossen. In der Astronomie beispielsweise werden die nächsten Teleskope gemäss den neu erworbenen technologischen Möglichkeiten gebaut. Man verschiebt dadurch die Fähigkeiten und schaut noch tiefer in die Raum-Zeit-Struktur des Universums. Entsprechend können wir mit leistungsfähigeren Beschleunigern tiefer in die Struktur der Materie blicken.

Man forscht ins Blaue?
Einerseits können wir im Energie­bereich der geplanten Beschleuniger die Existenz gewisser Kandidaten für die dunkle Materie prüfen, die im Universum vorhanden sein muss. Wir wissen aber nicht, ob wir etwas finden werden. Zudem können wir durch eine Präzisionsvermessung des Higgs-Teilchens viel über das frühe Universum lernen. Da haben wir einen gesicherten Erkenntnisgewinn vor uns. Wir fahren also nicht einfach ins Blaue.

«Das Cern vom europäischen Zentrum zum Weltlabor zu machen, ist die richtige Richtung.»

Wer entscheidet, welcher ­Beschleuniger gebaut wird?
Über die nächste Maschine am Cern wird das Aufsichtsgremium, der Cern Council, in mehreren Stadien entscheiden. Die ersten Schritte werden Machbarkeitsstudien technischer und finanzieller Natur sein. Der Cern Council wird in den kommenden Monaten über die kürzlich gemachten Vorschläge der European Strategy Group beraten und im Mai in Budapest schliesslich die Europäische Strategie der Teilchenphysik für die kommenden Jahre beschliessen.

Es gibt Überlegungen, das Cern vom europäischen Zentrum zum Weltlabor zu machen.
Das ist meiner Meinung nach genau die richtige Richtung. Denn die Komplexität der nächsten Beschleuniger erfordert eine immer globalere Zusammenarbeit und Finanzierung. Ich sehe derzeit kein vergleichbares Labor, das diese Aufgabe schultern könnte. Ich gehe davon aus, dass die Transformation des Cern zum Weltlabor beim Bau und beim Betrieb des nächsten Beschleunigers vollzogen werden wird.

Bis wann könnte ein neuer Beschleuniger gebaut werden?
Wünschenswert ist, dass die neue Maschine nicht allzu lang nach dem geplanten Betriebs­ende des LHC in Betrieb genommen werden kann. Für die ersten Ausbaustufen der jeweiligen Projekte bedeutet dies eine Inbe­triebnahme um 2040 herum.

Bis dahin dürften Sie emeritiert sein. Wie ist es, auf ein Projekt hinzuarbeiten, dessen Früchte man nicht mehr ernten kann?
Dass man in der Teilchenphysik zwischen den Generationen ­zusammenarbeitet, ist normal. Ich habe zum Beispiel für meine Forschung am CMS-Teilchendetektor immens von der wissenschaftlichen Arbeit meiner Vorgängerin Felicitas Pauss profi­tiert, die den Entwurf und den Bau des CMS über 20 Jahre führend mit vorangetrieben hat. Für die Teilchenphysik muss man einen langen Atem haben. Es sind eben nicht gerade die einfachsten ­Fragestellungen, denen man sich widmet.

Erstellt: 02.02.2020, 17:47 Uhr

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