Vom Hörsaal ans CERN

Genf, Forschungszentrum CERN: Zwischen Physik-Nobelpreisträgern und internationalen Spitzenteams arbeitet seit einigen Monaten ein Student der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) – mitten in einem der ambitioniertesten Projekte der Wissenschaftsgeschichte. Severin Schmidt beschäftigt sich mit einem winzigen Bauteil, das über den Erfolg milliardenschwerer Forschungsanlagen mitentscheiden könnte. Die nur fünf Millimeter langen und 40 Nanometer dünn beschichteten Absorber sollen elektromagnetische Störungen unterdrücken, die sonst den Teilchenstrahl destabilisieren würden. Für einen einzigen Beschleuniger der nächsten Generation wären davon über eine Million Stück erforderlich.

“Es fasziniert mich, dass ein Bauteil, das wenige Zentimeter groß ist, darüber mitentscheiden kann, ob eine Forschungsanlage von mehreren zehn Kilometern Länge ihr volles Potenzial erreicht”, sagt Severin Schmidt. “Genau an dieser Schnittstelle zwischen Grundlagenphysik und Ingenieurwissenschaft zu arbeiten, macht die Masterarbeit für mich so spannend.”

“Dass ein BTU-Student an einer solchen Schlüsseltechnologie am CERN forscht, ist ein starkes Zeichen für die Qualität unserer Ausbildung”, betont Prof. Dr.-Ing. Thomas Flisgen, Betreuer der Arbeit an der BTU am Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik. “Unsere Studierenden lernen nicht nur die physikalischen Grundlagen, sondern wenden sie auf Fragestellungen an, die weltweit die Zukunft der Teilchenphysik mitgestalten. Das zeigt eindrucksvoll, dass Spitzenforschung auch in Cottbus beginnt.”

Von der Vorlesung in die internationale Spitzenforschung

Die Masterarbeit “Charakterisierung oberflächenleitfähigkeitsbasierter Hochfrequenz-Absorber” verbindet Inhalte aus Hochfrequenztechnik, Elektrodynamik, Materialwissenschaft und numerischer Simulation. Was im Hörsaal mit Maxwell-Gleichungen, Wellenausbreitung oder Netzwerkanalysatoren beginnt, findet seine Anwendung an einem der renommiertesten Forschungszentren der Welt.

Severin Schmidt untersucht einen völlig neuen Typ von Hochfrequenz-Absorbern. Statt massiver keramischer Bauteile nutzt das Konzept seiner Forschungsgruppe eine lediglich 40 Nanometer dünne leitfähige Schicht, deren elektrischer Flächenwiderstand gezielt eingestellt wird. Dadurch lassen sich störende elektromagnetische Wellen im Gigahertzbereich besonders effizient absorbieren.

Ein Bauteil für den Beschleuniger der Zukunft

Teilchenbeschleuniger sind die Mikroskope der modernen Physik. Mit ihrer Hilfe wurde 2012 am Large Hadron Collider (LHC) das Higgs-Boson entdeckt. Nun richtet sich der Blick auf die nächste Generation von Anlagen. Während der Future Circular Collider (FCC) mit einem Umfang von rund 91 Kilometern als bevorzugte Nachfolgeoption des LHC gilt, werden Technologien für alternative Konzepte wie den Compact Linear Collider (CLIC) kontinuierlich weiterentwickelt.

Genau hier setzt die Arbeit des BTU-Studenten an. Seine Forschung hilft dabei, elektromagnetische Störungen zu beherrschen, die bei den extrem dicht aufeinanderfolgenden Teilchenpaketen entstehen. Ohne wirksame Absorber würden sie den Strahl ablenken und im schlimmsten Fall den Betrieb der Anlage unmöglich machen.

Spitzenforschung mit Wirkung weit über die Teilchenphysik hinaus

Die Ergebnisse der Masterarbeit reichen über ein einzelnes Collider-Konzept hinaus. Oberflächenleitfähigkeitsbasierte Absorber gelten als vielversprechend unter anderem für zukünftige supraleitende Beschleuniger, die bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten, speziell Linearbeschleuniger mit Energierückgewinnung wie bERLinPro in Adlershof oder PERLE in Paris. Gleichzeitig treiben solche Entwicklungen Innovationen in der Hochfrequenztechnik, Materialwissenschaft, Kryotechnik und Vakuumtechnik voran – Technologien, die später ihren Weg in Medizin, Industrie und Kommunikation finden.

Von einem Hörsaal an der BTU über das CERN bis zu den größten Forschungsanlagen der Zukunft spannt sich damit der Bogen dieser Masterarbeit. Sie zeigt eindrucksvoll, wie aus universitärer Ausbildung internationale Spitzenforschung wird und wie ein kleines Bauteil dazu beitragen kann, einige der größten Rätsel unseres Universums zu entschlüsseln.