CERN: Wie neue Kryoboxen den stärksten Teilchenbeschleuniger der Welt aufrüsten
Der neue Teilchenbeschleuniger am CERN ist kälter als das Weltall. Möglich machen das zwei Kryoboxen von Linde.
Eine der neuen Kryoboxen wird in der Nähe des ATLAS-Detektors in den Tunnel des HiLumi LHC abgesenkt.
Foto: © 2026 CERN
Der Large Hadron Collider am CERN bei Genf ist der größte und leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt. Seit den ersten Kollisionen im Jahr 2010 hat er die Physik revolutioniert, vor allem mit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012. Jetzt soll die Anlage ein Upgrade bekommen.
Mit dem milliardenschweren High-Luminosity LHC (HiLumi LHC)-Projekt will die Betreiberorganisation CERN ihren Beschleuniger ab rund 2030 auf eine neue Leistungsstufe heben. Entscheidende Bauteile lieferte die Schweizer Linde-Tochter Linde Kryotechnik: vier riesige Kryoboxen.
Inhaltsverzeichnis
Wie das CERN funktioniert
Um zu verstehen, warum die Kühlung beim CERN so wichtig ist, muss man wissen, wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert.
- Im LHC rasen Protonen – also die positiv geladenen Teilchen im Atomkern – durch einen 27 km langen Ringtunnel, der rund 100 m unter der Erde liegt.
- Dabei werden sie nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und schließlich zur Kollision gebracht.
- Die Energie dieser Zusammenstöße ist so enorm, dass dabei kurzfristig Zustände entstehen, die unmittelbar nach dem Urknall geherrscht haben könnten.
Wieso die Kühlung so wichtig ist
Das alles gelingt nur dank Tausender supraleitender Magnete, die die Teilchenstrahlen auf ihrer Kreisbahn halten und fokussieren. Supraleitung bedeutet, dass der elektrische Strom ohne jeden Widerstand fließt. Das ermöglicht die Bildung starker Magnetfelder, die den Teilchenstrom auf Kurs halten. Doch damit die Magnete supraleitend arbeiten, braucht es extrem niedrige Temperaturen.
Die Magnete des LHC müssen auf −271,3 °C gekühlt werden. Das ist kälter als der interstellare Weltraum, dessen Temperatur bei etwa −270 °C liegt. Erreicht wird diese Kälte durch flüssiges Helium, das in einem Kühlsystem durch den gesamten Beschleuniger zirkuliert. Der LHC ist damit die größte Kryoanlage der Welt.
Zehnmal so viele Daten
Mit dem HiLumi-Upgrade wollen die am CERN beteiligten Forschungsinstitute die sogenannte Luminosität des Beschleunigers drastisch steigern. Sie ist ein Maß dafür, wie viele Teilchenkollisionen pro Sekunde erzeugt werden. Diese Zahl ist letztlich ein Indikator dafür, wie viele Daten die Physiker für ihre Experimente bekommen. Der HiLumi LHC soll diese Datenmenge im Vergleich zum heutigen LHC verzehnfachen.
Heute entstehen bei jeder Begegnung zweier Teilchenpakete rund 60 Kollisionen. Der HiLumi LHC soll diesen Wert durch eine höhere Intensität und bessere Fokussierung des Strahls auf 140 bis 200 Kollisionen pro Begegnung steigern. Dafür werden unter anderem neue, stärkere Fokussiermagnete auf beiden Seiten der großen Detektoren ATLAS und CMS eingebaut.
Die neuen Magnete bestehen aus dem Supraleiter-Material Niob-Zinn und erzeugen stärkere Magnetfelder als ihre Vorgänger. Dafür brauchen sie aber auch mehr Kühlleistung. Vorhang auf für die Kryoboxen aus Pfungen bei Zürich.
Wie die neue Kühlung funktioniert
Linde Kryotechnik, eine Schweizer Tochter von Linde Engineering, hat für das CERN insgesamt vier Kryoboxen gebaut: zwei für die Oberfläche, zwei für den Untergrund. Sie bilden gemeinsam das Herzstück zweier neuer Kälteanlagen, die speziell für das HiLumi-Upgrade errichtet werden. Linde ist schon seit 1986 Lieferant für die Kryosysteme des CERN und stellt heute mehr als die Hälfte der Kühlkapazität des LHC bereit.
Die oberirdischen Boxen sind die größeren. Sie sind 16 m lang und messen 3,5 m im Durchmesser. Auf dem Weg zu ihrem Bestimmungsort reisten die schweren Stahlzylinder per Binnenschiff über Donau, Main und Rhein, bevor sie über Basel per Lastwagen zum CERN gelangten. Dort wurden sie im Dezember 2025 installiert und kühlen das Helium in einem ersten Schritt auf −268,6 °C.
Den Rest erledigen die kleineren Untergrundboxen: 7 m lang, 2,5 m Durchmesser. Sie wurden im Februar 2026 rund 90 m tief in die neuen unterirdischen Tunnel des HiLumi LHC abgesenkt – jeweils in der Nähe der Detektoren ATLAS und CMS. Dort bringen sie die Temperatur auf die finalen −271,3 °C.
Warum zwei Grad entscheidend sind
Die letzten zwei Grad werden durch gezieltes Absenken des Drucks im Heliumkreislauf erreicht. Erst bei −271,3 °C – Physiker sprechen von 1,9 Kelvin – wird Helium zur sogenannten Superflüssigkeit, die Wärme besonders effizient ableitet und die Magnete stabil auf Betriebstemperatur hält.
Bis Ende 2026 soll die gesamte neue Kryoanlage installiert und für erste Tests bereit sein. Im Sommer 2026 beginnt der sogenannte Long Shutdown 3, eine vierjährige Umbauphase, in der der LHC für den Betrieb als HiLumi LHC umgebaut wird. Der Start des neuen Beschleunigers ist für etwa 2030 geplant.
„Unbekanntes Territorium erkunden“
Sollte dann wirklich die zehnfache Datenmenge möglich sein, könnten die Physiker Phänomene aufspüren, die im heutigen LHC schlicht zu selten auftreten, um sie zuverlässig nachweisen zu können.
„Der HiLumi LHC wird unbekanntes Territorium erkunden und könnte etwas völlig Neues und Unerwartetes enthüllen“, so CERN-Generaldirektor Mark Thomson. „Genau das ist der Sinn des Erkundens des Unbekannten: Man weiß nicht, was dort draußen ist.“
Ein Beitrag von:
