Das neue internationale Forschungszentrum FAIR

Am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt entsteht eine neue Teilchenbeschleunigeranlage, die weltweit einzigartige Experimente ermöglichen wird. Durch das internationale Forschungszentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) erhoffen sich Physiker neue Einblicke in die Struktur der Materie und die Evolution des Universums. Damit erhält Darmstadt eine der größten Beschleunigeranlagen der Welt.

Was sind die Grundbestandteile der Materie? Was hält sie zusammen? Wie begann das Universum? Und wie entwickelte sich das Universum bis heute? Fragen, die nicht nur von großem naturwissenschaftlichen Interesse sind, sondern auch von übergreifender kultureller Bedeutung.

GSI hat seit seiner Gründung im Jahre 1969 zahlreiche wichtige Beiträge zum Verständnis dieser grundlegenden physikalischen Zusammenhänge geliefert. So wurden in Darmstadt allein sechs neue Elemente entdeckt und pro Jahr werden mehr als 50 Experimente in den Forschungsrichtungen Kern- und Atomphysik bis hin zu Materialforschung sowie Biophysik mit großem Erfolg durchgeführt.

Jedoch werden in einigen Jahren die Forschungsmöglichkeiten mit der bestehenden Beschleunigeranlage am GSI ausgeschöpft sein. Viele der noch unbeantworteten Fragen der Kernphysik lassen sich mit den bisherigen technischen Mitteln nicht beantworten. So wie Biologen immer stärkere und feinere Mikroskope benötigen, um die Details des Lebens zu verstehen, so sind auch in der Physik immer leistungsfähigere und präziser arbeitende Beschleunigeranlagen notwendig. Nur so lassen sich die zentralen Geheimnisse über den Aufbau und die Entstehung der Materie entschlüsseln.

Die bestehende GSI-Beschleunigeranlage (blau) und der neue geplante Beschleunigerkomplex FAIR (rot)

Aus diesem Grunde hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Frühjahr 2003 entschieden, ein neues Beschleunigerzentrum zusammen mit internationalen Partnern zu bauen. Im Oktober 2010 haben neun Staaten ein völkerrechtliches Abkommen über die Errichtung von FAIR unterzeichnet: Deutschland, Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Die Kosten für die Errichtung der neuen Anlage, die auf der existierenden aufbaut, betragen etwa 1,2 Milliarden Euro. 

Das Herzstück der neuen Anlage bildet ein großer Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Der bereits existierende GSI-Beschleuniger dient dabei als Vorbeschleuniger (Injektor).

Der neue Beschleunigerkomplex FAIR wird Ionen- und Antiprotonenstrahlen in bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Damit werden Experimente durchführbar, die bisher nirgendwo auf der Welt möglich waren: So wird zum Beispiel die Starke Kraft – die fundamentale Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält – unter vielen verschiedenen Gesichtspunkten untersucht werden können. Darüber hinaus wird die Erzeugung und Untersuchung sehr seltener instabiler Atomkerne das Verständnis von der Entwicklung des Universums und der Entstehung der schweren Elemente entscheidend voranbringen.

Im Zentrum stehen fünf Experimentprogramme, die sich unterschiedlichen Fragestellungen zuwenden:

• Experimente mit Teilchenstrahlen radioaktiver Kerne: Sterne und Atomkerne – oder wie entstehen die chemischen Elemente im Universum?
• Das PANDA-Experiment (antiProton ANnihilation at DArmstadt): Die Starke Kraft – oder wie halten die elementaren Materiebausteine, die Quarks, zusammen?
• Das CBM-Experiment (Compressed Baryonic Matter): Wie entstanden nach dem Urknall die Bestandteile der Materie? Warum sind Protonen und Neutronen schwerer als ihre Bestandteile, die Quarks – oder wie kommt die Masse in die Welt?
• Plasmaforschung: Der vierte Aggregatzustand – oder welche Materieform existiert im Inneren großer Planeten?
• Atomphysik: Quanten, Symmetrien und Antimaterie – oder gibt es eine Antiwelt?

FAIR wird rund 2500 Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland einzigartige Forschungsmöglichkeiten bieten. Das Projekt ist damit nicht nur ein Meilenstein auf dem Weg zur Beantwortung zentraler naturwissenschaftlicher und philosophischer Fragen, sondern leistet einen wichtigen Beitrag zur Sicherung des Forschungsstandortes Deutschland.