Warum Physiker versuchten, ein Frettchen in einen Teilchenbeschleuniger zu bringen

Jun 21, 2023

Im Februar 1971 begannen Physiker am National Accelerator Laboratory in Batavia, Illinois, mit dem Testen der größten Maschine der Welt: eines ringförmigen Protonen-Synchrotron-Teilchenbeschleunigers mit 200 Milliarden Elektronenvolt (BeV*). Es stand viel auf dem Spiel. NAL-Direktor Bob Wilson hatte dem US-Energieministerium mitgeteilt, dass er es innerhalb von fünf Jahren für 250 Millionen US-Dollar zum Laufen bringen könne, und das dauerte vier Jahre. Schon bald stießen sie auf ein verwirrendes Problem: Magnete, die für den Betrieb unerlässlich waren, fielen immer wieder aus.

Die vorgeschlagene Low-Tech-Lösung für dieses High-Tech-Problem? Ein Frettchen namens Felicia.

Aber zuerst ein paar Hintergrundinformationen. Das NAL – heute nach dem Physiker Enrico Fermi als Fermilab bekannt – verfügt über eine Kette von Beschleunigern: einen Linearbeschleuniger (Linac), einen Booster, einen Recyclerring und einen Hauptinjektorring. Der Linac liefert den Protonenstrahl und den ersten Energiestoß; der Booster beschleunigt es; der Recycler „stapelt“ es in Protonengruppen für einen intensiveren Strahl; und der Hauptinjektorring wirbelt den Strahl zehntausende Male herum, bis er nahezu Lichtgeschwindigkeit erreicht. Die Partikel werden dann zu verschiedenen Testeinrichtungen geschickt, wo sie zusammen oder gegen ein festes Ziel zerschmettert werden. Die daraus resultierende Kollision, die von einem Teilchendetektor beobachtet wird, enthüllt ihr Inneres und erzeugt manchmal exotische Teilchen. Dies sind die grundlegendsten Elemente des Universums.

Im Jahr 1971 war das Design noch etwas anders; Zum einen gab es die Injektor- und Recyclerringe nicht. Was geschah, war ein Beschleuniger im Umkreis von vier Meilen, der sogenannte Hauptring. Es war mit Magneten ausgestattet, die den Strahl durch die Beschleuniger lenken: „774 Dipolmagnete – die den Teilchenstrahl lenken – und 240 Quadrupolmagnete – die den Strahl fokussieren“, erinnert sich der Physiker Ryuji Yamada, der den Dipolmagneten entworfen hat.

Das sind keine Kühlschrankmagnete: Jeder ist 20 Fuß lang und wiegt fast 13 Tonnen. Zunächst versagten nur zwei Magnete, weil die Glasfaserisolierung um ihre Spulen brach. Daraus wurden bald zwei am Tag. Im Laufe der nächsten Monate ersetzte das Team 350 Magnete.

Doch am 30. Juni 1971 gelang es ihnen erstmals, einen Teilchenstrahl rund um den Ring zu schicken. Bis August verschickten sie eine davon rund 10.000 Mal. Doch als sie versuchten, die Teilchen auf über sieben BeV zu beschleunigen, kam es zu einem Kurzschluss der Magnete.

Yamada erkannte schließlich die Ursache: Metallsplitter, die zurückblieben, als sie in die Vakuumröhren schnitten. „Als die Magnete also zu einem höheren Feld angeregt wurden“, schrieb er, „wurden sie in den Magnetspalt gezogen, standen auf und stoppten den Strahl, weil es sich um leicht magnetisches Material handelte.“

Sie mussten die Splitter herausholen. Aber wie?

Robert Sheldon, ein britischer Ingenieur, der zu NAL geholt worden war, um „Abkürzungen und geldsparende Ideen“ zu finden, schlug vor, dass ein Frettchen, ausgestattet mit einem Reinigungswerkzeug, die Arbeit erledigen könnte, indem es durch die Vakuumröhren huscht, als würde es Kaninchen aufscheuchen eines Geheges. „In seinem Teil von Yorkshire nutzten Jäger Frettchen“, schrieb Frank Beck, ehemaliger Leiter der Forschungsabteilung von Fermilab. „Ein Frettchen würde nicht zögern, an der Innenseite des Edelstahlrohrs entlangzulaufen, selbst wenn das eine lange Reise ins Unbekannte bedeuten würde.“

Das Frettchen kam per Sonderlieferung von der Wild Game and Fur Farm in Gaylord, Minnesota. Mit einer Länge von 15 Zoll war sie das kleinste Frettchen, das sie je hatten. Ihr Fell war braun und schwarz, bis auf weiße Flecken im Gesicht. Sie nannten sie Felicia. Sie kostete 35 $.

Sie legten Felicia ein maßgeschneidertes Halsband um den Hals und eine Windel um ihren Hintern; Frettchenkot in einer Röhre würde auch ein Proton stoppen. Sie befestigten eine Schnur am Halsband. Felicia sollte die Schnur von einem Ende einer Röhre zum anderen führen. Dann befestigten sie einen mit Reinigungsmittel getränkten Tupfer an der Schnur und zogen ihn durch.

Doch Felicia weigerte sich, die Vakuumröhre des Hauptrings zu betreten. Vielleicht war sie von der schmalen, lichtlosen schwarzen Schleife abgeschreckt – sie war vier Meilen im Umkreis.

Angesichts eines widerspenstigen Frettchens ordneten die Wissenschaftler es einem Abschnitt mit 12 Zoll breiten Röhren im Meson Lab zu, einer Testanlage, die sich noch im Bau befand. „Ihr wurde beigebracht, durch immer längere Tunnel zu huschen, bis sie bereit war, einen der 300 Fuß langen Abschnitte auszuprobieren, die zusammengefügt werden, um die Röhren des Meson-Labors herzustellen“, bemerkte Time.

Nach ihrem ersten Lauf wirkte sie laut Beck „etwas müde und amüsiert, aber ansonsten recht gesund“. Sie hatte die Schnur ganz durchgezogen. Wie geplant zogen Arbeiter den Tupfer durch die Röhrchen. Es kam mit Staub- und Stahlflecken bedeckt heraus.

Die Medien erfuhren bald von ihren Eskapaden. Nachdem sie sieben erfolgreiche Läufe absolviert hatte, fragte sich Time, ob sie mit Mate belohnt werden sollte. Ein namentlich nicht genannter Beamter antwortete: „Wenn Felicia schwanger würde, würde sie möglicherweise nicht durch die Eileiter passen.“

Felicia war während ihrer Läufe wahrscheinlich keiner Gefahr ausgesetzt, sagt Valerie Higgins, Archivarin und Historikerin von Fermilab. „Die Abschnitte, durch die sie lief, befanden sich noch im Bau, daher ginge ich davon aus, dass sie zu diesem Zeitpunkt noch keinen Strom hatten“, sagt sie. „Was das Feststecken oder Ersticken angeht: Ich glaube, sie haben sich einfach auf den Instinkt eines Frettchens verlassen, Tunnel zu erkunden, also glaube ich nicht, dass sie in einen Tunnel gegangen wäre, der zu klein für sie war.“

Das NAL-Personal war von Felicia begeistert und fütterte sie mit Hühnchen, Leber, Fischköpfen und rohem Hamburger – ihrem Lieblingsgericht. Einige Mitarbeiter brachten Felicia sogar für die Nacht zu sich nach Hause, als die Nerzfarm, auf der sie normalerweise übernachtete, keinen Platz für sie hatte.

In der Zwischenzeit entwickelte der Ingenieur Hans Kautzky ein „Magnetfrettchen“, um mit den Trümmern im Hauptring umzugehen. Er befestigte ein Dutzend Mylar-Scheiben an einem Edelstahlstab, zusammen mit einem flexiblen, 700 Meter langen Edelstahlkabel – das Äquivalent von Felicias Schnur – und einem metallanziehenden Permanentmagneten – dem Gegenstück zum Reinigungstupfer. Er schoss das Gerät mit Druckluft durch einen Abschnitt des Hauptrings. „Mit 12 Operationen könnten wir den gesamten Ring umrunden“, schrieb Yamada. „Auf diese Weise konnten wir die gesamte Vakuumleitung reinigen, wenn auch nicht perfekt.“

Aber es funktionierte ganz gut, denn in den nächsten Monaten steigerte das Team die Energieniveaus stetig, ohne das System kurzzuschließen, und am 1. März 1972 gelang es ihnen, den Beschleuniger auf die Zielenergie von 200 BeV zu bringen.

Nach einem Dutzend Durchgängen durch die Röhren des Meson-Labors – die, wenn sie zusammengefügt wurden, für sie zu lang wurden, ging Felicia in den Halbruhestand und verbrachte die meiste Zeit als Haustier auf der Nerzfarm. Eines Nachts im folgenden Frühjahr war sie im Haus von Charles Crose, einem NAL-Mitarbeiter, als sie krank wurde. Crose brachte sie am nächsten Tag zu einem Tierarzt. Unter ärztlicher Behandlung erholte sie sich kurzzeitig, doch wenige Tage später starb sie am 9. Mai 1972. Bei einer Autopsie wurde ein geplatzter Abszess in ihrem Darmtrakt festgestellt. Der Village Crier bemerkte: „Es ist geplant, Felicias Leiche auszustopfen und zu montieren, um sie dauerhaft als Symbol der frühen NAL-Entwicklung zur Schau zu stellen.“

Aber wenn Felicia präpariert wurde, gibt es keine Aufzeichnungen darüber. „Ich habe nie Beweise dafür gefunden, dass das passiert ist, und niemand kann sich daran erinnern, dass es jemals passiert ist“, sagt Higgins, der versuchte, Leute aufzuspüren, die mit Felicia zusammengearbeitet haben oder möglicherweise weitere Informationen über ihr Schicksal nach dem Tod haben. Sie hatte kein Glück. Viele sind seitdem gestorben.

Die meisten mit Fermilab verbundenen historischen Artefakte befinden sich in einem von Higgins verwalteten Lagerraum. Besteht die Möglichkeit, dass sie sich irgendwo hinten versteckt, tief in einem Regal?

„Es scheint sehr unwahrscheinlich“, sagt Higgins. „Ich würde es lieben, wenn ich das finden würde, aber es gibt derzeit nicht allzu viele Kurven, in denen noch niemand gewesen ist.“

Heute ist Fermilab eines von 17 nationalen Laboren und verfügt über mehrere Teilchenbeschleuniger. Von den 13 bekannten subatomaren Teilchen im Standardmodell des Universums – sechs Quarks, sechs Leptonen und das Higgs-Boson – wurden drei dort entdeckt: das Bottom-Quark im Jahr 1977, das Top-Quark im Jahr 1995 und das Tau-Neutrino im Jahr 2000 .

Laut Andre Salles, einem Sprecher von Fermilab, ist der Beschleunigerkomplex das ganze Jahr über rund um die Uhr in Betrieb, mit Ausnahme einiger geplanter Zeiträume, in denen er wegen Wartungsarbeiten abgeschaltet wird. Anschließend können die Rohre gereinigt werden. Für kürzere Abschnitte befestigen die Beschleunigerbediener einen Lappen an einem langen Stock und führen ihn durch. Wenn es sich um einen langen Tunnel handelt, verwenden sie die Methode, die Felicia berühmt gemacht hat: „Normalerweise verwenden sie eine Art Schnur“, sagt Salles, „und ziehen den Tupfer einfach durch.“

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Atlas Obscura, dem ultimativen Führer zu den verborgenen Wundern der Welt. Melden Sie sich für den Newsletter von Atlas Obscura an.