FAIR: Teilchen für die Forschung

In Darmstadt entsteht bis zum Jahr 2022 die weltweit einzigartige Beschleuniger- und Experimentieranlage FAIR. Mit ihr werden Forschende das Innere von Sternen nachbilden oder extreme Materiezustände untersuchen.

Modell des geplanten Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt.
Modell des geplanten Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt. © ion42 für FAIR/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Nicht nur „immer schneller“ gilt bei den Teilchenbeschleunigern. Während Protonen – die Kerne des Wasserstoffs – am Large Hadron Collider (LHC) mit größtmöglicher Energie aufeinanderprallen, geht die Forschung in Darmstadt einen anderen Weg: Mit der neuen Beschleunigeranlage FAIR werden andere Teilchensorten, nämlich Antiprotonen und Ionen, erzeugt und für Experimente verwendet. Daher kommt auch der Name: FAIR steht für „Facility for Antiproton and Ion Research“.

Antiprotonen sind die negativ geladenen Geschwister der Protonen, aus denen unsere Atome aufgebaut sind. Lässt man Antiprotonen und Protonen zusammenprallen, dann entstehen eine Reihe ganz exotischer weiterer Teilchen, aus denen die Forschenden einiges lernen können: Woher bekommen Atomkerne ihre Masse? Gibt es Ansammlungen von „Klebeteilchen“, die die Atomkerne zusammenhalten, auch ohne die sogenannten Quarks, aus denen die Kerne bestehen?

Die Ionen, für die das „I“ in FAIR steht, erlauben noch ganz andere Experimente: Das Innere von Gasplaneten oder die Vorgänge bei Sternexplosionen können mit diesen schweren Atomkernen im Labor nachvollzogen werden. Damit hoffen die Forschenden zu verstehen, wie nach dem Urknall überhaupt die schweren Elemente im Universum entstanden sind. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können mithilfe von FAIR aber auch testen, wie biologische Systeme auf Strahlung aus dem All reagieren – ein wichtiger Aspekt für die Raumfahrt.

Als internationales Großprojekt fördert FAIR die Zusammenarbeit von Forschenden vieler Nationen und ebnet den Weg für bahnbrechende Entdeckungen in Astro-, Kern- und Teilchenphysik bis hin zu Bio- und Materialwissenschaften.

Das neue Beschleunigerzentrum wird derzeit neben dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt gebaut. Für die Errichtung sind 1,262 Milliarden Euro eingeplant (Preisbasis 2005). Hauptgeldgeber sind der Bund und das Land Hessen mit einer Beteiligung von 878 Millionen Euro. Insgesamt sind zehn Mitgliedstaaten am Bau der Anlage beteiligt. Darüber hinaus hat das Bundesforschungsministerium Universitätsprojekte zur Entwicklung der FAIR-Experimente von 2012 bis einschließlich 2016 mit weiteren 45 Millionen Euro gefördert.

Die derzeitige Planung sieht vor, dass ein Großteil der FAIR-Anlage ab 2022 in Betrieb geht. In dieser ersten Ausbaustufe werden die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits mit einer Vielzahl von Experimenten beginnen können. Die zweite Ausbaustufe folgt bis 2025; mit ihr werden die Möglichkeiten der Anlage nochmals erweitert. FAIR wird als internationales Beschleunigerzentrum rund 3000 Forschenden aus 50 Ländern zur Verfügung stehen.