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in kleiner Magnet lüpft einen Nagel vom Tisch. Nicht aufregend? Für Teilchenphysiker ist das unfassbar. Die Schwerkraft des gesamten Erdballs zieht den Nagel abwärts. Warum ist ein kleiner Magnet stärker als ein ganzer Planet? Warum ist die Schwerkraft so schwach?

Wenn es eine Antwort gibt auf das Welträtsel des Nagels, dann wird sie sich, mit etwas Glück, unter den sanften Hügeln von Ellerhoop offenbaren. Der stille Flecken nördlich von Hamburg liegt auf halber Strecke eines gewaltigen Tunnels, den die Teilchenphysiker des Hamburger Forschungszentrums Desy für künftige Großversuche graben wollen.

Längste Erkenntnismaschine der Welt

Die Pläne sind gerade fertig geworden. Das unterirdische Bauwerk erstreckt sich demnach vom Gelände des Desy in Hamburg-Bahrenfeld schnurgerade über 33 Kilometer bis ins ferne Westerhorn. Das wäre die längste Erkenntnismaschine aller Zeiten. In zehn Jahren könnte sie fertig sein. Geschätzte Kosten: knapp acht Milliarden Mark.

Dann kommen vom südlichen Ende des Tunnels, aus Hamburg, nadelfeine Salven von Elektronen herangeschossen, vorbei an Kummerfeld, Borstel und Rantzel. In Gegenrichtung rasen ihre Antiteilchen, so genannte Positronen, von Norden her über Bokelseß, Klein Offenseth-Sparrieshoop und Bullenkuhlen.

Wenn bei Ellerhoop die Partikelgeschwader mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinander schlagen, zersprühen sie in energiereichen Teilchenschauern, wie sie seit dem Urknall fast nirgends mehr vorkommen.

Der Schauplatz ist eine unterirdische Detektorkammer, umzingelt von Hunderttausenden Messfühlern. Jede Regung in ihrem Inneren teilt sich über dicke Kabelstränge einer Batterie von Computern mit.

Bei den Kollisionen ist auf kleinstem Raum jedes Mal so viel Energie konzentriert wie in der ersten billionstel Sekunde des Alls. Von den Teilchen, die dabei entstehen und sofort wieder vergehen, erhoffen die Forscher sich Aufschluss über den Aufbau der Materie.

Dafür brauchen sie ihren Riesenapparat namens Tesla (Tera-Electron-Volt Energy Superconducting Linear Accelerator). Wie der Name sagt, lässt Tesla die Teilchen mit einer Energie von 1000 Milliarden Elektronenvolt zusammenprallen. In der Welt der normal großen Dinge entspricht das der Energie einer Haferflocke, die zu Boden fällt ­ in den Dimensionen der kleinsten Materiebausteine ist das ungeheuer viel.

Entlang der Teilchenrennstrecke sind sieben Kältehallen verteilt, die unentwegt flüssiges Helium in die Tiefe pumpen. Drunten das Beschleunigerrohr aus reinem Niob muss auf minus 271 Grad Celsius gekühlt werden. Das Metall ist ein Supraleiter, in dem der Strom bei extremer Kälte ohne jeden Widerstand fließen kann. Nur durch eine solche Röhre ist der Elektronenstrahl mit der nötigen Präzision zu dirigieren.

Die Physiker hoffen, dass sich eines Tages aberwinzige Teilchen im Detektor bei Ellerhoop zeigen, Bewohner einer bisher noch nie beobachteten Schattenwelt ­ sie wären ein erstes Indiz für ein von Theoretikern ersonnenes Weltmodell namens Supersymmetrie, das nebenbei erklärt, warum die Schwerkraft so schwach ist.

Die Frage ist nur: Wer will das noch wissen?

Die Teilchenphysik, einstmals stolz bis zum Übermut, lebt in schweren Zeiten. Andere Wissenschaften versprechen die Erlösung von Erbkrankheiten oder selbstreinigende Fensterscheiben. Die Physiker dagegen bieten Indizien für die Supersymmetrie oder eine Fülle von kaum begreiflichen Extradimensionen. Ihre Ausbeute ist womöglich das spukhafte Higgs-Teilchen, das noch niemand gesehen hat, und vielleicht sogar das Higgsino, der supersymmetrische Gegenspieler des Higgs.

Dies alles läge theoretisch im Bereich der Energien, die Tesla aufbringen wird. Mögliche Anwendungen: keine. Umso schwerer tut sich die Politik, alle paar Jahre eine neue Wundermaschine für die reine Grundlagenforschung zu genehmigen.

Nahe des texanischen Städtchens Waxahachie ist die Ruine eines Ringbeschleunigers zu besichtigen, dessen Kürzel SSC für das große Trauma der Teilchenphysik steht: Über einen Umfang von 87 Kilometern sollte der monumentale Bau sich einst im Untergrund erstrecken. Als aber die Kosten des Superconducting Supercollider auf 13 Milliarden Dollar zu explodieren drohten, verlor der US-Kongress die Nerven und sperrte das Geld. Damals, 1993, waren schon 15 Kilometer des Tunnels gebaut. Heute füllen sich die Katakomben langsam mit Grundwasser.

Die Teilchenphysiker haben jedoch keine Wahl. Je winziger die Bausteine der Materie, die sie anpeilen, desto größer müssen ihre Apparate werden.

Die herkömmlichen Ringbeschleuniger für Elektronen stoßen schon an die Grenze des Machbaren. Denn die Teilchen rasen von selbst immer nur geradeaus. Werden sie in die Kurve gezwungen, strahlen sie Licht ab. Diese Energie muss unablässig nachgefüttert werden. Und je stärker ein Beschleuniger, umso drastischer schlägt dieser Effekt zu Buche: Bei doppelter Elektronenenergie steigen die Strahlungsverluste auf das Sechzehnfache.

Deshalb werfen die Hamburger Forscher sich nun auf das Konzept des Linearbeschleunigers. Dort rasen die Teilchen verlustfrei auf pfeilgerader Bahn. Auch in den USA und in Japan gibt es Pläne für solche Maschinen. Aber alle wissen: Es wird auf der Welt nur einen Beschleuniger dieser Größe geben. Man wird sich einigen müssen.

Im Wettlauf um die beste Startposition liegt das Hamburger Desy jetzt vorne. Die Planung ist fertig, 1134 Forscher aus 36 Ländern haben sich daran beteiligt. "Wir könnten morgen anfangen", beteuert Albrecht Wagner, der Leiter des Desy.

Fehlt nur noch das Geld. Von den angepeilten 7,6 Milliarden Mark müsste die Bundesrepublik als Gastgeberland rund die Hälfte zahlen. Die Zustimmung ist alles andere als sicher.

"Der Bau von Großprojekten kann kein Selbstzweck mehr sein", sagt Wolf-Michael Catenhusen, Staatssekretär im Bundesbildungsministerium. Zudem sei die Physik ja auch nicht mehr die unbezweifelte Leitdisziplin. "Die Lebenswissenschaften haben dramatisch aufgeholt."

Da fügt es sich, dass beim Desy die "Lebenswissenschaftler" und andere Fachfremde seit Jahrzehnten ein und aus gehen. Mehr als die Hälfte der 3400 Forscher am Forschungszentrum haben mit Elektronen und Quarks gar nichts zu schaffen. Die einen studieren stattdessen Proben von krankhaft verändertem Knochengewebe. Andere ergründen die Mechanik der Moleküle in den Muskelzellen. Wieder andere erforschen für die Firma Osram, was den Glühfaden im Innersten zusammenhält.

Für diese Praktiker hat sich ausgerechnet der für Teilchenphysiker missliche Energieverlust der Elektronen als segensreich erwiesen. Denn ein Teil der Abstrahlung tritt als Röntgenlicht auf; damit lassen sich feinste Gewebe mit zuvor unerreichter Präzision durchleuchten.

Allein 650 Wissenschaftler sind am Desy mit dem Austüfteln der Strukturen von Biomolekülen befasst. Sie nutzen die Röntgenstrahlen aus zwei kleineren Ringbeschleunigern des Forschungszentrums. Die größte Teilchenschleuder namens Hera, mit einem Umfang von 6,3 Kilometern, dient ausschließlich der Physik.

Die Biologen haben mit Röntgenlicht unter anderem die räumliche Gestalt eines Enzyms namens Proteasom aufgeklärt. In der lebenden Zelle zerlegt es wie eine Häckselmaschine alte oder fehlerhafte Bausteine. Sein Bauplan erwies sich als ein Riesenpuzzle aus 50 000 Atomen. Die Mühe dürfte sich lohnen: Das Proteasom ist stets zur Stelle, wenn es Krankheitserreger abzuwehren gilt, und es spielt eine Rolle bei der Entstehung von Krebs.

Sollte Tesla gebaut werden, wollen die Teilchenforscher ihren Kollegen aus der Biologie ein noch viel besseres Werkzeug bescheren: einen nadelfeinen Röntgenstrahl, scharf wie ein Laser.

So etwas gibt es bis heute nicht. Der Röntgenlaser, den die Desy-Ingenieure bauen wollen, erzeugt so kurzwellige, energiereiche Lichtpulse, dass man damit vermutlich erstmals nicht nur Biomoleküle, sondern auch ihre Bestandteile, die Atome, räumlich sehen und sogar filmen kann.

Ein Teil der Elektronen wird dafür kurz vor Ellerhoop aus der Rennbahn des Tunnels abgezweigt und durch einen Parcours abwechselnd gepolter Elektromagnete gejagt. Die Elektronen fangen dabei an zu schlingern und feuern in jeder Biegung Röntgenlicht nach vorne. Ein trickreicher Mechanismus sorgt dafür, dass die Elektronen und ihre eigenen Lichtwellen sich dabei immer weiter gegenseitig aufschaukeln, bis am Ende in rasender Folge starke Röntgenblitze austreten ­ fein gebündelt wie ein Laser.

In der großen Röntgenhalle an der Oberfläche warten Forscher an 20 Experimentierplätzen auf das schärfste Licht, das ihnen bislang beschieden war.

In jedem Blitz steckt eine Energie von mehreren Gigawatt; das ist die Kapazität etlicher großer Atomkraftwerke. Weil aber die Blitze nur billionstel Sekunden dauern, gibt der Laser im Schnitt nur die Leistung einer Glühlampe ab.

Blick auf das atomare Geschehen würde möglich

In einer Pilotanlage konnten die Hamburger bereits nachweisen, dass diese Technik im Prinzip funktioniert. Wenn sie ausgereift ist, soll sie beispielsweise das Rätsel der Schmierung lösen helfen. Seit langem hegen die Forscher den Verdacht, dass der dünne Schmierfilm zwischen zwei Festkörpern beim Gleiten insgeheim abwechselnd gefriert und schmilzt. Ein Röntgenlaser würde ihnen nun einen Blick auf das atomare Geschehen ermöglichen.

Die Biologen würden gern den so genannten Motorproteinen zu Leibe rücken. Diese Moleküle hangeln sich, beladen mit Transportgütern, an langen Eiweißketten durch die Zelle. Mit dem Tesla-Laser könnten die Forscher ihnen bei der Arbeit zusehen. Der Laser belichtet das Geschehen mit 80 000 Pulsen pro Sekunde ­ genug für dreidimensionale Filme von Molekülen in Superzeitlupe.

So hausen auf dem Gelände des Desy zwei Disziplinen in einer wunderlichen Symbiose: Die Biologen brauchen den Strahlungsabfall der schweren Teilchen-Artillerie, die Physiker wiederum verweisen stolz auf den Nutzwert, den ihre Kollegen schaffen. Dann steigen sie wieder beruhigt ihren verwegenen Theorien nach.