DER INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER

DER INTERNATIONAL
LINEAR COLLIDER
DAS TOR ZUR TECHNOLOGIE
Wir Menschen wurden schon immer von dem Wunsch geleitet, die Welt,
in der wir leben, zu verstehen. Die von Wissenscha�lern entwickelten
Werkzeuge zur Erweiterung dieses Verständnisses haben wiederum
Anwendungen hervorgebracht, die der Gesellscha� insgesamt zugute
kommen und eine bedeutende Rolle in der Weltwirtscha� spielen.
Die Teilchenphysik ist der Ausgangspunkt zahlreicher Innovationen,
die ursprünglich nicht unbedingt Teil des Strebens nach dem
Verständnis des Universums waren. Viele dieser Innovationen –
medizinische Diagnose- und Therapieverfahren sowie das Internet
sind zwei herausragende Beispiele dafür – haben unsere Art zu leben
und zu arbeiten grundlegend verändert. Teilchenphysiker arbeiten
weiterhin an den großen Fragen, und die Geschichte lehrt uns, dass die
Instrumente der Zukun� zu anderen technologischen Durchbrüchen
führen werden und dabei den Fortschritt in der Industrie vorantreiben
und Beschä�igung in der Zukun� sichern werden. Eines dieser
Instrumente ist ein Teilchenbeschleuniger, der International Linear
Collider oder ILC.
16.000 supraleitende Cavities
beschleunigen die Teilchenstrahlen
des ILC und könnten sich ebenfalls als
Technologiebeschleuniger erweisen.
In dem 31 Kilometer langen ILC mit seiner vollkommen neuartigen
Technologie rasen die Elektronen und ihre Antiteilchen, die Posi-
tronen, fast mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander zu und kollidieren
14.000 Mal pro Sekunden mit Rekordenergien von 500 Milliarden
Elektronenvolt. Mit Hilfe des ILC kommen Entdeckungen in Reich weite,
die unsere Vorstellungskra� von neuen Materieformen, Naturgesetzen
und Dimensionen von Raum und Zeit erweitern und Albert Einsteins
Vision einer Weltformel in den Mittelpunkt rücken könnten.
Grundlagenforschung wird nicht mit dem Ziel betrieben, Computer
noch schneller, Chips noch kleiner oder die Medizin noch besser zu
machen. Wir wissen nicht, wohin uns die Erforschung der grundle-
genden Bestandteile der Natur führt und welche nutzbringenden
Innovationen daraus hervorgehen werden. Aufgrund der Erfolge der
Vergangenheit können wir jedoch darauf vertrauen, dass in der einen
oder anderen Form technologische Fortschritte erzielt werden.

DER INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER
Medizin
Computertomographie eines
menschlichen Kopfes.
MÖGLICHE ANWENDUNGEN
DER ILC-TECHNOLOGIE
Für den International Linear Collider sind anspruchsvolle Technologien
erforderlich. Die auf der ersten Seite gezeigten supraleitenden Cavities, die mit
Hochfrequenz betrieben werden, beschleunigen die Teilchen auf hohe Energien.
Vollkommen neuartige Detektortechnologien werden die Teilchen aus den
Kollisionen aufzeichnen. Das gesamte ILC-Projekt stellt eine große Herausforderung
in Bezug auf sehr effiziente Teilchenbeschleunigung, die Reduzierung
der Strahlengröße auf wenige Nanometer und die Vermessung von Teilchen
mit beispielloser Präzision dar. Die ILC-Wissenschaftler auf der ganzen Welt
erforschen Wege, um diese Herausforderungen zu meistern, und Industrieunternehmen
bereiten sich darauf vor, High-Tech-Bauteile zu produzieren, von
denen Sie einige in Ihrem täglichen Leben wieder finden werden.
Instrumente der Zukunft
Gammastrahlenbild eines Frachtcontainers.
Foto: Fermilab Visual Media Services
Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), die aus der physikalischen
Erforschung der Antimaterie hervorgegangen ist, hat sich zu einem
wichtigen Diagnoseinstrument entwickelt, da sie bislang nicht erhältliche
Ansichten der chemischen Prozesse innerhalb lebender Organe ermöglicht.
Die Protonentherapie ist eine wirksame Behandlungsmethode, mit der ein
Tumor gezielt mit einer hohen Protonendosis direkt „beschossen“ wird.
Diese Behandlung erfordert allerdings aufwändige und kostspielige Anlagen.
Die neuen supraleitenden Hochfrequenz-Beschleunigungstechnologien
machen es möglich, die Größe der Anlagen und auch ihren Energieverbrauch
zu verringern. Die Strahlentherapie kann gezielter eingesetzt werden,
wodurch gesundes Gewebe weniger zu Schaden kommt, da die Therapie mit
dem Atemrhythmus des Patienten synchronisiert wird. Die supraleitende
Technologie könnte zur Erzeugung monochromatischer Röntgenstrahlen
für medizinische Diagnose- und Behandlungszwecke eingesetzt werden,
wodurch vollkommen neuartige Sonden für biologische Prozesse und
Gewebeproteinstrukturen sowie neue medizinische Techniken entwickelt
werden könnten.
Die Herausforderungen eines
neuen Wissenscha�sprojekts kön-
nen zur Weiterentwicklung vieler
verschiedener Industrieprozesse
führen und auf diese Weise auch
die technologische Entwicklung
und die Wirtscha� vorantreiben.
Die winzigen Teilchenstrahlen des
ILC erfordern zum Beispiel eine
konstante Überwachung und schnelle, präzise Korrekturen. Die zu diesem Zweck entwickelten Instrumente werden
dazu beitragen, Herstellungsverfahren für hochintegrierte elektronische Schaltungen zu entwickeln, die vielen In-
dustrieprozessen und Produkten im Nanometerbereich einen erheblichen Au�rieb verleihen werden. PCs könnten
durch die verbesserten Technologien für Elektronenstrahl-Lithographie kompakter und leichter werden. Techniken,
die ursprünglich dazu dienen, den Beschleunigercavities ihren außergewöhnlichen Glanz zu verleihen, könnten zu
billigeren, besser erarbeiteten Technologien für die Metallverarbeitungsindustrie führen. Das bei der Produktion
von 16.000 supraleitenden Cavities und all ihrer Bestandteile gewonnene Know-how wird wahrscheinlich zur
Verbreitung der supraleitenden Anwendungen im Allgemeinen beitragen. Die für den ILC entwickelten Elektronen-
quellen könnten neue Elektronenmikroskope hervorbringen, die die Magnetplattenindustrie revolutionieren
würden. Sogar der Alltag von Zollbeamten könnte von der Teilchenphysik profitieren, denn mit Hilfe von den für
die Teilchenkollision entwickelten Technologien könnten Frachtcontainer noch effizienter durchleuchtet werden.
Elektronen
nicht maßstabsgerecht
Linearbeschleuniger

Datenverarbeitung
Dämpfungsringe Linearbeschleuniger
ILC-Technologie und andere Wissenschaften
Abbildung: SLAC
Proteinstruktur dargestellt dank
Röntgenstreuung in einem Synchrotron-
Beschleuniger.
Foto: CERN
Ansicht eines Rechenzentrums der
Teilchenphysik.
Schematische Darstellung des
International Linear Collider.
31 km
Länge = 310 Fußballfelder
Positronen
Credit: form one ®
DAS TOR ZUR TECHNOLOGIE
Die Datenübertragungsraten aus Experimenten wie denen des ILC oder des
Large Hadron Collider (dem derzeitigen großen Beschleuniger der Teilchen-
physik) sind enorm – vergleichbar mit dem gesamten Telekommunikations-
verkehr auf der ganzen Welt. Die neuesten Computer- und Kommunikations-
technologien und die fortschrittliche So�ware zum Management des
Datenflusses auf dem Computing-Grid, die von Teilchenphysikern entwickelt
wurden, sind unerlässlich, um die wachsende Nachfrage erfüllen zu
können. Die in europäischen Laboren entwickelte MammoGrid-Datenbank
übermittelt zum Beispiel Mammogramm-Informationen an Ärzte und
Krankenhäuser. Ein Bestand von 30.000 Mammogrammen steht inzwischen
zur Verfügung und trägt dazu bei, Leben zu retten.
Die Supraleitungs-Technologie dür�e dazu beitragen, die Arbeiten an
Energy Recovery Linacs (ERL) voranzutreiben, und auf diese Weise erheb-
liche Größen- und Kosteneinsparungen ermöglichen. Mit ERLs werden die
Studienmöglichkeiten in der Nuklear- und Materialwissenscha�, in der
Chemie und der Strukturbiologie sowie bei Umweltstudien beträchtlich
erweitert. Die ersten Freie-Elektronen-Laser (FEL), die jetzt in den USA, in
Japan und in Deutschland gebaut werden, sind direkt aus den Forschungen
zum Linear Collider hervorgegangen. Die Lichtquellen haben in den letzten
Jahrhunderten in vielen Wissenscha�sbereichen bedeutende Fortschritte
ermöglicht und zur Entwicklung zahlreicher Anwendungen geführt.
Zum Beispiel haben Forscher bei der Advanced Light Source in den USA
die Struktur des Vogelgrippevirus entdeckt und seine Besonderheiten
für menschliche Rezeptoren analysiert. Die ILC-Technologie lässt sich
ebenfalls auf die Protonen- und Kernbeschleunigung anwenden. Protonen-
beschleuniger für intensive Spallations-Neutronenquellen bieten ein
großes Potenzial für die Untersuchung biologischer Eigenscha�en. Weitere
Anwendungen mit direkten Auswirkungen auf das tägliche Leben findet
man in der Materialwissenscha�: medizinische Implantate, Korrosions-
kontrolle, leichtere Flugzeuge und vieles mehr.
Umwelt
Aus der Supraleitungs-Technologie
könnten sehr starke Gamma-
strahlen zur Feststellung der
Zusammensetzung von Atommüll
entwickelt werden. Mit diesem
Wissen könnten Neutronen-
strahlen gezielt eingesetzt werden,
um diesen Atommüll in harmlose
stabile Kerne umzuwandeln. In
Japan arbeitet eine asiatische
Arbeits gruppe daran, dieses Poten-
zial weiterzuentwickeln. ILC-Hoch-
frequenzstromsysteme könnten
eine entfernte chemische Analyse
von Umweltgefahren ermöglichen.
Überwachungstechnologien für
präzise Strahlsteuerung könnten
als Frühwarnsysteme seismischer
Aktivität eingesetzt werden.

Foto: KEK
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MENSCHEN
UND
MÖGLICH-
KEITEN
Weitere Informationen im Internet:
http://www.linearcollider.org
Industrieforen zum ILC:
http://www.eifast.eu
http://www.lcfoa.org
http://aaa-sentan.org
In den letzten vier Jahrzehnten haben die Experimente in der
Teilchenphysik eine stets wachsende internationale Dimension
erhalten. Große Forschergruppen von Wissenscha�lern aus der
ganzen Welt kommen zusammen, um ihr Wissen und ihre Daten
miteinander zu teilen. Ein zentraler Vorteil dieser Zusammenarbeit
ist die Entstehung enger kooperativer Arbeitsbeziehungen und eines
gegenseitigen Vertrauens, das die Beziehungen unter den Nationen
langfristig beeinflussen wird, sobald die Wissenscha�ler wichtige
Positionen in ihren Heimatländern innehaben.
Eine sofort spürbare Auswirkung ist bereits die große Anzahl
an hochqualifizierten und innovativen Wissenscha�lern und
Ingenieuren in der Medizin, der Industrie und im Handel, die neue
Ideen und Talente für eine große Palette an Problemen mitbringen.
Diese Broschüre basiert
auf einem Bericht zu den
Technologischen Nutzen, der
von den Funding Agencies
for the Large Collider (FALC)
in Auftrag gegeben wurde.
Den vollständigen Bericht
(englisch) können Sie unter der
nachstehenden Adresse abrufen:
http://www.linearcollider.org/
TechnologyBenefits
Dieser „Technologiertransfer
der Menschen“ hat bedeutende
Auswirkungen auf die gesamte
Gesellscha�.
Die Teilchenphysik hat schon
immer eine bedeutende Rolle
dabei gespielt, das Interesse jun-
ger Leute zu wecken und sie dazu
zu ermutigen, eine berufliche
Lau�ahn in der Wissenscha�
und Technologie anzustreben.
Die Forscher der Zukun�,
die kreativ und ausdauernd
grundlegende und
anspruchsvolle Probleme in
Angriff nehmen und lösen,
werden neue Beschleunigungstechniken und Detektorprototypen
entwickeln. Der ILC spielt eine bedeutende Rolle als Anziehungspunkt
für eine neue Generation von Wissenscha�lern und Ingenieuren, die
die Gesellscha� dringend benötigt.
Vom Studenten bis zum Professor arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure aus der ganzen Welt am ILC.
Kontakt: communicators@linearcollider.org | © ILC Global Design Effort 2009
Mitglieder eines Industrieforums
besichtigen eine Beschleunigertestanlage
In Amerika, Asien und Europa
bereiten Industrieforen die
lokale Industrie auf die großen,
anspruchsvollen und lohnenden
Aufgaben vor, die der ILC mit sich
bringen wird.
design: www.form-one.de
Foto: Fermilab