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Aachen: Aachener wollen Licht in Dunkle Materie bringen

Aachen : Aachener wollen Licht in Dunkle Materie bringen

Dass Entscheidungen von George W. Bush in Europa positiv aufgenommen werden, ist in den vergangenen acht Jahren eher selten vorgekommen. Kurz vor dem Ende seiner Amtszeit hat der scheidende US-Präsident aber seine Unterschrift unter ein Gesetz gesetzt, das in europäischen Forscherkreisen die Sektkorken hat knallen lassen - auch in Aachen.

Denn Bush hat die Gelder für die US-Weltraumbehörde Nasa deutlich aufgestockt und den weiteren Flugverkehr zur Internationalen Raumstation (ISS) gesichert.

Das heißt konkret: Ein Space-Shuttle wird ein riesiges Messgerät ins Weltall transportieren, das von Aachener Wissenschaftlern maßgeblich mitentwickelt worden ist - das „Alpha Magnetic Spectrometer” (AMS). Aufgespürt werden soll damit nichts Geringeres als die geheimnisvolle Dunkle Materie. Von dieser unbekannten Größe will man „einen Fingerabdruck nehmen”, wie der Aachener Teilchenphysiker Professor Stefan Schael es formuliert. Verbunden sein könnte damit ein enormer Erkenntnisgewinn: „85 Prozent der Materie im Universum ist etwas, das wir nicht kennen. Das Verständnis dessen könnte einen ähnlichen Umbruch bewirken wie die Relativitätstheorie vor 100 Jahren.”

Meilenstein für den Marsflug?

Was dies der Menschheit bringen könnte? Da muss der Physiker schmunzeln. „Wenn Sie Einstein gefragt hätten, was Sie davon haben, hätte der auch nicht GPS gesagt. Aber ohne seine Relativitätstheorie lägen Sie jedes Mal 10 Kilometer falsch.” Soll heißen: Die Freiheit der Grundlagenforschung führt in der Regel zu Ergebnissen, die man vorher überhaupt nicht erwartet.

Etwas konkreter geht es aber doch: Ein supraleitender Magnet wie das AMS im Weltall wird einen bemannten Flug zum Mars erheblich erleichtern: „Derzeit bräuchte man 3500 Tonnen Aluminium, um die Astronauten vor krebserzeugender Strahlung zu schützen, mit einem supraleitenden Magneten würden zehn Tonnen ausreichen”, rechnet Schael vor. Auch revolutionäre Antriebstechniken für Raumschiffe rücken womöglich in Reichweite, zum Beispiel der Ionenantrieb.

Als Stefan Schael zwölf war, wollte er noch selbst Astronaut werden. Doch dann wurde er immer größer: 2,06 Meter ist der Mann lang, das reichte immerhin zur 2. Liga im Basketball beim USC Heidelberg.

Doch in der Astro-Physik spielt der RWTH-Professor ein paar Klassen höher und greift jetzt gleichsam nach den Sternen: Denn Schael ist deutscher Projektleiter des gigantischen AMS-Experiments, an dem 500 Wissenschaftler aus 16 Ländern seit zehn Jahren unter Leitung des Physiknobelpreisträgers Prof. Dr. S. Ting arbeiten.

Rund 1,5 Milliarden US-Dollar sind nach Nasa-Berechnungen für das Projekt bereits ausgegeben worden. Deutschland ist mit ca. 5 Prozent beteiligt - über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die RWTH Aachen.

Im Zuge dieser Verbundforschung seien hierzulande „rund 20 Millionen Euro in das Experiment gesteckt worden”, so Schael. Die Hochschule stellte überwiegend Personal - etwa 20 Leute arbeiten in Aachen daran - und technisches Infrastruktur, vom DLR kamen die Investitionsmittel. Und das ist der Punkt, an dem Grundlagenforschung ganz real lokalen Boden berührt. Denn: „Wir entwickeln neue Technologien und geben lokalen Firmen Aufträge für die Fertigung.”

In Aachen wurde für das AMS-Projekt ein Detektor gebaut, ein Modell davon im Maßstab 1:1 steht in der Werkhalle des Physikzentrums in Melaten. Das Instrument besteht aus über 5000 Röhrchen, die aus hauchdünner Folie gewickelt worden sind. Mehr als 8000 dieser Röhren wurden in verschiedenen Längen gebaut und getestet - unter anderem wurden einige dazu nachts im Aachener Luisenhospital im CT-Scanner geröntgt, um 5000 weltraumtaugliche zu finden.

Mit einer Genauigkeit von deutlich besser als einem hundertstel Millimeter wurden daraus 328 Module bei der Aachener Firma ADCO gefertigt. Und der ultraleichte Aluminium-Träger, der das Gerät hält und der aus einem Stück gefräst werden musste, wurde von dem Aachener Ingenieurbüro ISATEC entwickelt - zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Prozesstechnik.

Für die Hochschule und die Region sei das Experiment vor dem Hintergrund von Campus-Plänen und Exzellenz-Titel von großer Bedeutung, betont Schael. „Wir brauchen international sichtbare Forschungsprojekte, die der RWTH zugeordnet werden”, fordert der Professor. Die Hochschule expandiere, der Campus locke Industrie an, und eine wichtige Rolle spiele dabei eine exzellente Grundlagenforschung. Schael: „Dies zeichnet heute die international führenden technischen Universitäten aus.”

Auch in Aachen musste allerdings hart für das Projekt gekämpft werden, denn der Traum vom Weltraumflug schien nach dem Absturz der „Columbia”-Raumfähre 2003 schon geplatzt. 2005 strich die NASA den Shuttle-Flug für das AMS-Experiment, obgleich da schon immense Summen investiert waren.

Doch in Europa steckte man nicht den Kopf in den Sand, sondern aktivierte die Politik - auf allen Ebenen. Schael suchte als deutscher Projektleiter über Karl Schultheis, der als Abteilungsleiter im NRW-Forschungsministerium das AMS-Projekt von Anfang an unterstützt hatte, das Gespräch mit der Aachener Bundesministerin Ulla Schmidt. Die sorgte dafür, dass von Seiten der Bundesregierung auf höchster Ebene mit den Amerikanern verhandelt wurde. Parallel machten die europäischen Regierungen Druck auf die US-Amerikaner, der italienische Ministerpräsident Romano Prodi sprach mit Bush - bis Kongress, Senat und US-Präsident den AMS-Flug absegneten, der immerhin rund 300 Millionen Dollar kostet.

Nun läuft der Countdown für ein Unternehmen, das noch kein Mensch gewagt hat. „Wir sind die ersten, die versuchen werden, einen großen supraleitenden Magneten im Weltraum zu betreiben”, sagt Schael. „Und das ist technisch ungeheuer schwierig.” Sieben Tonnen schwer ist das Messgerät, ein drei mal drei mal drei Meter großer Würfel, der mit einem Roboterarm von außen an die Station angedockt werden soll. Die Flugbahnen von Teilchen soll er mit der Genauigkeit eines Zehntels des Durchmessers eines Haares vermessen und zugleich den unwirtlichen Bedingungen im Weltraum trotzen, etwa Temperaturen zwischen +100 und -180 Grad Celsius aushalten.

Heikles Helium im Shuttle

Dazu kommen das kräftige Durchschütteln beim Shuttle-Start und die Erwartungen an die Lebensdauer: Zehn Jahre sollte AMS schon funktionieren. Und dann ist da noch das suprafluide Helium: 2500 Liter des heiklen Stoffs, der auf 1,6 Grad über dem absoluten Nullpunkt - rund 270 Grad minus - gekühlt werden muss, fliegen mit ins Weltall. „Sobald das nur ein halbes Grad wärmer wird, wird es kritisch”, weiß Schael. Doch die Wissenschaftler fühlen sich gewappnet: „Wir denken, wir haben das Problem gelöst.”

Bis Frühjahr 2010 wird das Experiment zusammengebaut. Dann geht es zum Kennedy Space Center in die USA und von dort ins All. Der supraleitende Magnet wird mit den in Aachen gebauten Teilen am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik (CERN) in Genf verbunden und getestet. Dort sind die Forscher seit September mit einem weiteren gigantischen Projekt der Dunklen Materie auf der Spur - dem größten Teilchenbeschleuniger der Welt in einem knapp 27 Kilometer langen unterirdischen Ringtunnel. Auch an diesem Projekt ist Schael zusammen mit anderen Aachener Forschern beteiligt. „Was am CERN erzeugt werden soll, wollen wir im Weltall messen”, erklärt Schael. „Und wenn diese Fingerabdrücke zusammenpassen, haben wir wahrscheinlich das Tor zu einem ganz neuen Verständnis der Natur aufgestoßen.”

Dass der neue US-Präsident solche Visionen durchkreuzen könnte und in Forscherkreisen für Katerstimmung sorgt, ist übrigens nicht zu erwarten. Barack Obama hat sich im Wahlkampf positiv zu weiteren Shuttle-Flügen insbesondere auch für das AMS-Projekt geäußert. Und außerdem haben ja auch Senat und Kongress einstimmig grünes Licht dafür gegeben, in die Sache mit der Dunkeln Materie endlich etwas mehr Licht zu bringen.