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Manchmal ist LEGO ein Spielzeug – Am CERN hilft LEGO beim Studium der Bausteine des Universums.

 

LEGO CERN Beam Line

Finde den beweglichen Tisch: Das LEGO-basierte Gerät ist neben der Strahllinie zu sehen. Bildnachweis: Michael Deveaux / CERN

Ein improvisiertes Gerät, das aus Spielzeugbausteinen zusammengesetzt wurde, half den Wissenschaftlern bei der Durchführung von Tests im CERN NA61/SHINE.

Der CERN-Beschleunigerkomplex hilft den Wissenschaftlern, die grundlegenden Bausteine des Universums zu erforschen. Aber als ein Wissenschaftler einen strahlungsharten Apparat bauen musste, um neuartige Sensoren am CERN zu testen, wandte er sich den Bausteinen seiner Kindheit zu: LEGO.

NA61/SHINE ist ein Festzielexperiment, das Teilchenstrahlen aus dem Super-Protonen-Synchrotron verwendet, um die Eigenschaften von Hadronen zu untersuchen, die aus Quarks und Gluonen zusammengesetzte Teilchen sind. Im Jahr 2015 plante das NA61/SHINE-Team den Bau eines neuen Subsystems auf der Basis von Pixelsensoren. Diese Sensoren sind im Wesentlichen modifizierte Smartphone-Kameras und dienen als ausgezeichnete Hadron-Detektoren. Zunächst mussten die WisseAnschaftler jedoch wissen, ob die Sensoren den aggressiven radioaktiven Einflüssen eines Strahls von Bleikernen standhalten können.

Als ein unvorhergesehenes Problem mit den NA61/SHINE-Magneten die regelmäßige Datenaufnahme für einige Wochen verhinderte, beschloss die Zusammenarbeit, den verfügbaren Blei-Ionen-Strahl zum Testen der Sensoren zu verwenden. Die Sensorproben konnten zwar kurzfristig erfasst werden, aber es wurde ein ferngesteuerter, beweglicher Tisch benötigt, um sie im Partikelstrahl zu halten. Dieser Tisch musste leicht und widerstandsfähig gegen die nukleare Aktivierung durch die Strahlung sein. Sein Bau in der mechanischen Werkstatt hätte mehr Zeit in Anspruch genommen, als für die Tests zur Verfügung stand.

Eines Abends, während er mit seiner zweijährigen Tochter spielte, rätselte der NA61/SHINE-Wissenschaftler Michael Deveaux geistesabwesend über das Problem. Ihm wurde klar, dass LEGO nicht nur ein leichtes und aktivierungsresistentes Material bieten würde, sondern dass ein aus den Steinen hergestelltes Gerät auch schnell konstruiert und bei Bedarf modifiziert werden könnte. Michael rief seinen jüngeren Bruder an und flehte ihn an, die LEGO-Kisten aus ihrer Kindheit aus dem Haus ihrer Eltern zu holen. Der Bruder – ein ausgebildeter Architekt – schloss sich mit seinem eigenen zehnjährigen Sohn zusammen, um die Kisten zu holen und einen Prototyp eines beweglichen Tisches zu entwerfen. Währenddessen kaufte Michael fehlende Komponenten, wie einen Elektromotor, in einem LEGO-Laden in Frankfurt.

Die Geschwister trafen sich am folgenden Wochenende wieder, testeten den Tisch und maßen die Geschwindigkeit, mit der er das Muster bewegen konnte. Schließlich konnte man das Gerät ohne Sichtkontakt nur aus der Ferne steuern, indem man seine Geschwindigkeit kannte und die Sekunden zählte. Als sie überzeugt waren, dass es funktionieren könnte, reichte Michael einen Bericht an NA61/SHINE ein, und das farbenfrohe Gerät wurde im November 2015 installiert.

“Bald begannen meine Kollegen, das Experiment zu ergänzen, indem sie einige LEGO-Bäume auf die Struktur aufbauten”, erzählt Michael. “Ich musste eine Nachricht schreiben und sie bitten, dies nicht zu tun.”

Die Tests waren erfolgreich und lieferten die erforderlichen Informationen. Und was ist mit der improvisierten Tabelle? “Heute”, sagt Michael mit einem Grinsen, “sitzt der LEGO-Apparat in einem Regal in meinem Büro und wartet darauf, in Zukunft entweder von NA61/SHINE oder von meinen Kindern benutzt zu werden!