Werner Heisenberg (1971) - Physical and political considerations in the construction of large particle accelerators (German presentation)

From 1953 to 1973, Werner Heisenberg participated in 15 Lindau meetings. The golden thread running through most of his talks is the development of a “Unified Theory of Elementary Particles” (which corresponds to the colloquial GUT, the Grand Unified Theory)

Ladies and Gentlemen, we physicists not only deal with such fundamental and important problems like the ones Paul Dirac explained to us yesterday. And not only with the material difficulties which the experimentalist has to solve in order to achieve his results, like the ones we heard about yesterday from Mr. Hofstadter. We have recently also frequently been asked, by young students in particular, about the relationship between our science and society. The society which our research should directly or indirectly benefit and which in return has to bear the high cost of our research work. Since there is always a danger that one becomes lost in fundamental debates or ideological ideals when answering such questions, I think it is useful to explain the practical side of this issue with the aid of a very special example. In recent years there has been a lot of talk about a large accelerator which is soon to be built through the joint efforts of various European countries and their engineers and physicists. There have been differing opinions and public discussions about the urgency of the project, its funding and its future location. But finally it was agreed a few months ago to build the accelerator in the European Nuclear Research Centre in Geneva, and that a number of European countries, among them France, Great Britain, Italy, the Federal Republic of Germany, will participate in the funding and the operation. All important decisions regarding this controversial project have been taken, and there is therefore no longer a danger that I could intervene in a pending process with my comments. I believe that the majority of those involved, and by this I mean the physicists as well as the representatives of the participating governments, in the Federal Republic as well as in other European countries, that they are largely satisfied with the result. This is precisely why it can be interesting to once again list the points of view which have played a role in the decision. After all, there may be similar large joint projects in the future as well, and the same questions about the relationship between science and society, about what is necessary for international scientific collaboration, will resurface then. It is therefore possible to learn from the negotiations of the past three years and I want to use this special example of the European large accelerator to express a few more general thoughts on the relationship between government and science and on the type of collaboration which is possible here. First a few words about the physical problems which are to be addressed with the aid of the large accelerators. Advances in atomic physics during the last 100 years have always been closely linked with larger and larger accelerators, where I now want to use the term accelerator in a very general sense. For the conventional discharge tubes, for example, such as the fluorescent tubes of neon advertising signs, it is sufficient when electrons pass through a voltage of a few volts in order to be accelerated so that they can change the atomic shell of the gas atoms present in a collision and excite them to emit light. Their energy is thus a few electronvolts, to use the term we physicists use. Such electrons have been used to investigate the electron shell, and the rules according to which they are built were ultimately found. Atomic shell here is deemed to be the totality of the electrons orbiting the atomic nucleus. The binding energies in the atomic nucleus are around one million times higher than in the shell. At the beginning of the 1930s, Cockcroft and Walton in Cambridge built a high-voltage device with which they were able to accelerate protons to energies of the order of one million electronvolts. They were therefore able to change light atomic nuclei, knock out elementary particles from them or incorporate other elementary particles into them. And during the 1930s we thus learned to understand the structure of the atomic nuclei, which, as has been known since then, consist of two types of elementary particle, the hydrogen nuclei or protons and the neutrons. The next largest group of such apparatus, which can already be called large accelerators, was built in the 1950s. They were to be used to give protons an energy of the order of a billion electronvolts, the so-called GeV. The hope was that it would even be possible to use them to change the elementary particles which were known at that time, to possibly decompose them into even smaller fragments, to find even more elementary building blocks. These large accelerators, which include the devices in Berkeley, Geneva, Hamburg, Brookhaven, Serpukhov, also fully fulfilled the expectations placed on them. It turned out that it is indeed possible to change elementary particles, to put them into excited states, even split them into many parts. But, and this was the decisive new thing, the fragments here are not smaller than the particles that one forced to collide. Rather, it is no longer really the process of splitting, but the formation of matter from energy, and from the theory of relativity it was known that this was possible. In such high-energy collisions elementary particles of the same spectrum are formed again and again. The elementary particles are, it can be expressed in this way, simply different forms into which energy can convert in order to become matter. But apparently there are then no particles which are even more elementary. This was the status of experimental research a few years ago, and on the basis of this knowledge a decision had now to be taken as to whether even larger accelerators with energies of the order of a few hundred GeV and correspondingly very high costs should be built. The simple consideration that every transition from smaller to larger accelerators had brought new findings supported this step initially. Why should this not continue? Entering a new range of energies had inevitably to lead to new, as yet unknown information, and nobody can exclude that quite unexpected, surprising and interesting information would result. But even if one excludes such surprises, it can be important to know how the interaction which is crucial to radioactivity behaves at high energies, for example. This is because the previous experiments do not allow a reliable assumption and it is quite possible that the knowledge of this behaviour leads to fundamental progress in the understanding of the spectrum of the elementary particles. Here, with the arguments for the accelerator, the key significance of this complex of problems for physics overall must be emphasised. It will ultimately be possible to trace back all physical laws to the laws for the behaviour of the smallest material particles. It is therefore very important to find out about these laws in particular. But even if one does not place such high value on the extension of elementary particle physics, there will be new technical experiences during the construction of the huge accelerators which can be of practical use in quite different areas. One has to approach the extreme limits of the technically possible in each case with these accelerators. It is therefore possible to learn a great deal for practical applications. I remind you for example of the technology of superconducting magnets, which is now developing and which can possibly be used to the full in the new large accelerators. There are therefore good arguments which speak for constructing such large accelerators with energies of the order of 300 GeV or more. And if one could construct such devices for a few million Deutschmark, probably nobody would have doubted that it needed to be done. Unfortunately the costs run into billions. And therefore, out of consideration for the other requirements of the state, one has to ask whether it is not possible to reduce these enormous costs or at least postpone them to a later date. Are they really absolutely necessary? In respect of these doubts, one can first state that the arguments that something fundamentally new will result at higher energies are not quite convincing. After all, nature has provided us with a new and unexpected piece of information especially with our attempt to split elementary particles, i.e. that it is not the splitting, but the conversion of energy into matter which plays a role in these processes. This will probably be the case at higher energies as well, and one therefore has to expect that even for an arbitrary increase in energy nothing new will happen. In addition, particles with extremely high energies have already been observed in cosmic radiation, up to 1 million GeV, and no fundamentally new phenomena have been found for them. One could also point out that the storage rings in Geneva, which go into operation this year and which have now been built in the last few years, that they also would reach to even higher energies. It could therefore be the case that the current extensive experimental material on the elementary particles is already sufficient to completely understand the laws of nature in this field, that we do not necessarily still need the extension to these higher energies. Indeed, it is difficult to imagine that a theory which was initially put forward hypothetically could correctly explain all our experiences to date within the experimental limits of accuracy, but that it could then fail nevertheless in the area of even higher energies, which we do not yet know. But even if one believes that experimenting at these high energies is absolutely necessary, one could still hope that the technology, that of the superconducting magnets, for example, will have made so much progress in a few years or decades and that new types of design principles will have been found to enable the large accelerator to be constructed at a much lower cost. Such arguments could thus be used to plead for waiting with the construction of the large accelerator, at least for a couple of years. You see that the physical and technical arguments alone would hardly be sufficient to take a clear decision, and therefore one also has to carefully consider the science policy and foreign policy components of such a decision. Let us start with the effects of such a decision on higher education and research policy in Germany: the sums which have to be spent for a large accelerator of 300 GeV or more are so large that, even if it is an international joint project, they cannot simply be provided in addition to the existing research budget, simply to the detriment of all other budget costs, for example. For the society or the government which represents it this means very unpleasant issues of priority, in the following form, for example: should we establish another new university, given that the teaching capacity of our universities is too low, or participate instead in an international large accelerator project? Or a different question: should we use a few hundred million per year more for environmental protection, keeping the rivers, lakes and the air clean, or should we use them for elementary particle physics? Here in Lindau, in particular, we have one of the most convincing representatives of environmental protection in our distinguished Count Bernadotte. These questions are so unpleasant because it means we have to compare the urgency of completely incomparable issues. On the one hand we have the pure knowledge about fundamental issues of physics and the natural sciences, which can later also possibly have considerable economic impacts, albeit only indirectly. On the other is a direct practical need of life today, for example the option of later having the children educated in a university and creating healthy living conditions for them. So how should such issues be decided? The first demand which must be made here appears to me to be that the physicists who want to have the large accelerator and work with it also have to understand the entire difficulty of these problems. It is not enough to push the question away with the remark that it is the government’s responsibility to consider this, or to casually say that the amount for the large accelerator should be deducted from the defence budget. For those people who bear the responsibility for society, the issue of the security of this society must carry a higher weighting – it must do – than the participation in a large project to study elementary particles. In other words: political issues which the physicists cannot simply ignore either unfortunately come into play in the decision on the construction of a large accelerator. The British physicists have provided a very good example of how a physicist can behave here. If I have been informed correctly, the British physicists have proposed to their government that it should participate in the European large accelerator project, but should at the same time, in order to balance costs, reduce the budget for elementary particle physics accordingly. There was even a discussion that a large and renowned research institute in the same field, the Rutherford Laboratory in Cambridge, could be closed down. Behind such a proposal is therefore, on the one hand, the conviction that the experiments which one will be able to carry out with the new European large accelerator are more interesting and more important than those that could be carried out with the smaller devices in the Rutherford Laboratory. On the other hand, there is also the realisation that the physicists have possibly already made relatively high demands in past decades on the economic power of their country, so that one had to be extremely careful in making even greater demands. The British physicists have therefore very carefully considered the well-being of the society to which they belong in their requests to the government. May I include a general remark here, which may not quite belong here? It seems to be an unfortunate development of our time, certainly not just in our country and quite certainly not only among us physicists, that many are tempted to make demands on the state without making a reciprocal offer or offering a sacrifice of their own. This may be an entitlement to education, grants, co-determination in difficult issues, or even simply the entitlement to a large amount of leisure time, holidays to distant destinations and material wealth. Again and again the tendency is becoming apparent to think that it is not necessary to make sacrifices themselves to justify these entitlements. But the good example of the British physicists which I have mentioned points to the general question as to what actually the relationship of physicists or scientists in general to their governments should look like. Most people seem to agree that, at the moment, the work of the government requires the advice of science. Science and technology play such an important role in modern life, in industry, in educational issues, in the preparation of political decisions, that there must be advisory committees of scientists and engineers which facilitate the work for the government. And, in fact, everywhere in the modern industrial states such advisory committees have been established. In Germany, advisory circles exist on different levels, and they assist the government with the distribution of public funds for research purposes, with decisions on large research and development projects, with university issues etc. I remind you of the nuclear committee, the scientific advisory committee of the economics ministry, the advisory committee for research, for example. In recent months, in particular, there has been much discussion about the reform of these advisory groups. In addition, there are naturally, and this is something completely different, interest groups in the government sphere, which have been sent to our capital, Bonn, from parts of industry, e.g. specific branches of industry or agriculture, for example, in order to make themselves better heard. But this is quite legitimate in a democracy, because it is the very task of the government to find a balance which is as just as possible between the various interests of the citizens of the country. It is therefore important that the state knows these interests. It seems to me to be extremely important that the difference between the advisory groups and the interest groups does not become blurred. At the very moment that an advisory group becomes an interest group as well it ceases to be a useful advisory group, because only completely impartial advice can be really beneficial to the government. This now gives rise to a difficult dilemma when it concerns the government’s participation in a large, international technical research project, such as the planned large accelerator, for example, because, on the one hand, it is imperative that they are advised by specialists in the field of high-energy physics, because only they can really assess the details. On the other hand, these specialists are inevitably also interested parties, because they or their students want to work at the large accelerator later. This difficulty cannot be avoided. Obviously, the British scientists whom I mentioned before also felt like this, and these physicists then tried to make a sacrifice in relation to their interest in order to play the role of the advisor with a clear conscience. But even when the fullest understanding of all concerned can be expected here, when all the previously mentioned conditions are fulfilled, it still remains a very difficult task to assess the urgency of such a techno-scientific project against other projects. How important is scientific knowledge? How important is it that it is gained soon and not only in 10 or 20 or 30 years time? Now, if you have spent your life in science, you will treasure the value of scientific knowledge, and you will be able to cite many good and compelling reasons for this. A politician, however, who worked as a businessman or farmer before they entered politics, will maybe consider economic issues or environmental protection to be more important, and they will also find many convincing arguments for this. On the other hand, they will maybe fall into the trap of valuing scientific knowledge too highly, because science is weird and strange for them, and because they then overestimate its possibilities because they are impressed by modern technology. Given the politician’s inevitable uncertainty, the advisers’ main duty is naturally to provide the authorities with a completely objective, truthful picture of the scientific plans and their assumed importance. All the reasons for, but also all those which argue against the project, must be presented and explained as factually as possible so that the politician receives the maximum information possible in the particular case. When listing and explaining the reasons which argue for or against such a project, one has to ensure that the burden of proof is correctly distributed. If it is a project costing billions, whose start inevitably requires sacrifices in other places, those who champion such a project must provide the proof of the urgency of the results hoped for. And it cannot be their opponent’s responsibility to prove that the project is really not so important, because for a project which ventures into new scientific territory it will never be possible to prove that no new, surprising and important discoveries will be possible. But this on its own cannot possibly be sufficient as the reason to spend billions. The burden of proof must therefore always be with the party which wants to obtain such extremely high public funds. But even then the decision will still be difficult enough for the politicians. The fact that corresponding decisions have also to be taken in the other countries thus alleviates their work. It is then possible to be guided by what the others have considered. If it is an international project such as the planned European large accelerator, the other member states which possibly want to participate are even facing exactly the same problems. Here it is therefore necessary to take the decision jointly, more or less. The international character of such a large project means some new aspects come into play which I have not discussed so far. First of all, we all probably agree that it is extraordinarily important for the future of our continent that a real community develops from the many small European states. A large scientific project, whose significance is recognised by all, but which can no longer be borne by one individual European country on its own due to the high costs, this represents an ideal case of such collaborative work as it were. Because where pure science is involved, economic or political competition no longer plays an important role, results and technical know-how do not need to be kept secret. The mutual interest in exciting scientific problems makes young physicists and engineers from very different countries automatically come together for fruitful work. And without any further effort a continuous exchange of opinions takes place and thus unconsciously a balancing of interests, which cannot be valued too highly for the future goal, the unity of Europe. Such international large projects must therefore really be funded just because they are international. One must therefore not be overly critical and sceptical about the scientific possibilities and reasons, given the community-forming force. In fact, in the 25 years after the war a number of such community projects and joint institutions, which have become very important for the collaboration, have been established in Europe. The best institution of this kind is probably the CERN Nuclear Centre in Geneva. A 30 GeV proton synchrotron has been in use there since 1959 and has already made a number of very interesting experiments possible. This year or next the large storage ring will be in full operation, which even corresponds to an accelerator of around 1700 GeV as far as the energy in the collision of two protons is concerned. It will be the only instrument of this type on Earth and a few months ago, as I said, it was decided to construct a new European large accelerator in Geneva with several hundred GeV. Europe will therefore be playing a leading role in elementary particle physics, or high-energy physics as it is also called, during the next 10-20 years if these machines are utilised as well as the proton synchrotron in Geneva to date. In Trieste, i.e. on Italian soil, a very successful international centre for theoretical physics has been established which is funded not only by European, but also by non-European countries, and which maintains particular good connections to Eastern Europe and Asia. In Ispra on Lago Maggiore, also on Italian territory, development and research tasks in the field of reactor technology are being conducted on behalf of EURATOM. This is also a large international joint project, to which various European countries contribute. Franco-German collaboration has led to a reactor with very high neutron flux being constructed in Grenoble in France, where scientific and technical investigations of the behaviour of materials under strong irradiation can be conducted. Similar international institutions working in other fields, e.g. the study of space, exist in Belgium and the Netherlands. There is thus considerable interest in international scientific collaboration and one can be quite satisfied with the successes which have been achieved in the different institutions. Nevertheless, if one wants to decide to establish a further such international scientific institution, difficult problems again arise, which mainly concern the location, but also the funding, the distribution of the contracts, the filling of the leading positions. The issue of the location is by far the most difficult here, because it must usually be decided not on factual aspects, but on political ones, although the desired technical or scientific objective often imposes conditions which greatly limit the options for the location. For example, a large accelerator requires a wide, level area which is geologically stable, i.e. which is not buckled if the ground is moved or deformed under the influence of the weather, and the earth movements necessary to construct the accelerator must not be too expensive either. Furthermore, the planned institution must be easily accessible. It must be easy to get to schools, universities etc. So there are quite a number of conditions which must be fulfilled, but it is usually not too difficult to find sites in very different regions of Europe where all these conditions are fulfilled. It finally remains to take a political decision and one has to ask which aspects play the most important role here. The establishment of these various international scientific centres is, of course, a community effort and a joint European effort and this means, in my view, that these institutions should be spread more or less evenly across Europe. One can, of course, discuss what this vague term “more or less evenly” means. But I believe if one looks at the map of Europe and considers the spatial distribution of the international scientific institutions to date, one can see that the spread is still quite uneven and should become more even in the future. Objections to this argument are sometimes that our objective should of course be the United States of Europe and that the location within Europe would then not be important. But the example of the United States of America shows that this is not the case. Even in such a politically unified large area one has to take care that the scientific institutions are evenly spread. The newest American large accelerator, which is to achieve around 400 GeV, is being constructed in Batavia near Chicago, after the two earlier centres for high-energy physics were established in the west in California and in the very east in Brookhaven. The location issue has played an important role in Europe in the deliberations on the large accelerator mentioned above. But the possibility of using the existing infrastructure of the CERN centre in Geneva and thus reducing the costs significantly has ultimately taken precedence over the other option, to establish a new European research centre in a different region which is far removed from the current centres of this kind. Let us hope that future establishments will provide a more even distribution across Europe. There was another reason to move the new large accelerator to Geneva again into the CERN centre. A new European centre for high-energy physics independent of Geneva would have bound thousands of staff to the new location and to this work at a new large accelerator. Many young, talented physicists and engineers would have turned to this very special field of elementary particle physics and accelerator technology and would probably have been so captivated in this field by the problems in the years to come that they would have found it difficult to later work in a different field. On the other hand, this special complex of problems of elementary particle physics would come to an end sooner or later, as all the earlier fields of physics have been exhausted at some time and have then simply been incorporated with their applications into the technology which followed. If this conclusion is moved mentally into an interminable distant future, as some physicists do, one may take this as justification for giving no further thought to the future work of the elementary particle physicists in other fields. But the experience in the United States teaches us that accelerator stations have already been closed there, that physicists and engineers working in them have been made redundant. This means that one does an injustice to young people who one convinced to be interested in these special fields if one does not contemplate their more distant future. For this reason it was surely a wise decision to build the new large accelerator which had been decided in Geneva again, as the proton synchrotron and the large storage ring before it. Although the new tasks mean the staff in Geneva will certainly increase significantly, it will probably be nowhere near the extent that it would have been in an entirely new accelerator station. Selecting Geneva as the location has also slightly reduced the dangers for the distant and near future. And finally a further argument, more in passing. The lack of space on the construction site in Geneva also has a technical consequence. It forces the designers to use the most modern technical developments, e.g. the super conducting magnets, if one wants to achieve such high energies in such a narrow space. The new project will therefore be forced to be much more modern than the one planned earlier. With this I have, I believe, exhausted most of the arguments which have played a role in the decision ultimately made, and which I now repeat in a few words. There is first the joy about a sensible community project, but also the insecurity about the successes to be expected with the new instrument. The question whether the experiences gained with the accelerators to date could maybe already be sufficient to understand the world of the elementary particles. Then the further question regarding the advances in technology: might it not be possible to build accelerators with the high energy required much more cheaply than today in a few years time using new technical methods? And furthermore, the difficulty of obtaining a fair agreement between the participating nations on the location, and the necessity that each individual government has to forego specific plans or projects in their own country for the benefit of the international accelerator. If one considers all these difficulties and problems, the decision which has been finally taken and which you know is a very good solution, in my view, an appropriate compromise between the different interests and a valuable contribution to strengthen the European community. Finally, I have to descend from this level of practical considerations, of scientific reasoning and political negotiations onto a slightly lower level and ask: why do we humans undertake such enormous efforts in order to construct a large accelerator at all? Why do we spend billions on a scientific instrument which does not promise an economic benefit, at least not immediately? For this question I have ...

Meine Damen und Herren, wir Physiker haben nicht nur mit so grundsätzlichen und wichtigen Problemen zu tun, wie sie Paul Dirac gestern uns auseinander gesetzt hat. Auch nicht nur mit den materiellen Schwierigkeiten, die der Experimentator lösen muss, um zu seinen Ergebnissen zu gelangen, so wie wir es gestern von Herrn Hofstadter gehört haben, sondern wir werden neuerdings auch oft gefragt, besonders von der studentischen Jugend, in welcher Beziehung unsere Wissenschaft zur Gesellschaft stünde. Also zu der Gesellschaft, der ja unsere Forschung direkt oder indirekt dienen soll und die umgekehrt die hohen Kosten unserer Forschungsarbeit ja auch tragen muss. Da nun immer die Gefahr besteht, dass man sich bei der Beantwortung solcher Fragen in grundsätzliche Debatten oder ideologische Wunschbilder verliert, scheint es mir nützlich an einem ganz speziellen Beispiel die praktische Seite dieser Problematik zu schildern. In den vergangen Jahren ist viel von einem Großbeschleuniger gesprochen worden, der durch die gemeinsame Anstrengung verschiedener europäischer Staaten und ihrer Techniker und Physiker demnächst errichtet werden soll. Über die Dringlichkeit des Projektes, seine Finanzierung und seinen zukünftigen Standort hat es Meinungsverschiedenheiten und Diskussionen in der Öffentlichkeit gegeben. Aber schließlich hat man sich vor einigen Monaten darauf geeinigt, dass der Beschleuniger im europäischen Atomforschungszentrum Genf gebaut werden solle und dass sich eine Reihe europäischer Staaten, darunter Frankreich, Großbritannien, Italien, die Bundesrepublik an der Finanzierung und der Durchführung beteiligen werden. Alle wichtigen Entscheidungen über dieses umstrittene Projekt sind gefallen, und daher besteht also auch nicht mehr die Gefahr, dass ich heute mit irgendwelchen Äußerungen in ein schwebendes Verfahren eingreifen könnte. Ich glaube, dass die Mehrzahl der Beteiligten, und damit meine ich die Physiker ebenso wie die Vertreter der mitwirkenden Regierungen, in der Bundesrepublik ebenso wie in den anderen europäischen Ländern, dass die mit dem Ergebnis doch zum größten Teil zufrieden sind. Gerade deshalb aber kann es interessant sein, noch einmal die Gesichtspunkte aufzuzählen, die bei der Entscheidung eine Rolle gespielt haben. Denn es dürfte ja auch in der Zukunft ähnliche große Gemeinschaftsprojekte geben, und die gleichen Fragen über das Verhältnis von Wissenschaft und Gesellschaft über die Voraussetzung internationaler wissenschaftlicher Zusammenarbeit werden dann wieder auftauchen. Man wird also aus den Verhandlungen aus den letzten drei Jahren lernen können und ich möchte dieses spezielle Beispiel des europäischen Großbeschleunigers dazu benützen, einige allgemeinere Gedanken über das Verhältnis zwischen Regierung und Wissenschaft und über die Art der hier möglichen Zusammenarbeit auszusprechen. Zunächst ein paar Worte über die physikalischen Probleme, die mit Hilfe der Großbeschleuniger bearbeitet werden sollen. Die Fortschritte der Atomphysik in den letzten 100 Jahren sind eng mit der Konstruktion immer größerer Beschleuniger verknüpft gewesen, wobei ich das Wort Beschleuniger jetzt in einem sehr allgemeinen Sinn verwenden möchte. Z.B. den gewöhnlichen Entladungsröhren, etwa den Leuchtröhren der Lichtreklame genügt es, wenn Elektronen eine Spannung von wenigen Volt durchlaufen, um soweit beschleunigt zu werden, dass sie beim Stoß mit einem der vorhandenen Gasatome dessen Atomhülle verändern und zum Leuchten anregen können. Ihre Energie beträgt dabei also, so drücken wir das als Physiker aus, einige Elektronenvolt. Mit solchen Elektronen hat man die Atomhüllen untersucht und schließlich die Gesetzmäßigkeiten, nach denen sie gebaut sind, herausgefunden. Mit Atomhülle ist hier die Gesamtheit der den Atomkern umkreisenden Elektronen gemeint. Im Atomkern sind die Bindungsenergien etwa eine Millionen Mal größer als in der Hülle. Anfang der 30er Jahre haben Cockcroft und Walton in Cambridge eine Hochspannungsanlage gebaut, mit der sie Protonen auf Energien von der Größenordnung einer Millionen Elektronenvolt beschleunigen konnten. Damit konnten sie leichte Atomkerne verändern, aus ihnen Elementarteilchen herausschlagen oder andere Elementarteilchen an sie anlagern. Und in dieser Weise hat man im Laufe der 30iger Jahre den Bau der Atomkerne zu verstehen gelernt, die, wie man seitdem weiß, aus zwei Sorten von Elementarteilchen, den Wasserstoffkernen oder Protonen und den Neutronen besteht. Die nächstgrößere Gruppe solcher Apparaturen, die man jetzt schon Großbeschleuniger nennen kann, wurde in den 50iger Jahren gebaut. In ihnen sollte den Protonen eine Energie gegeben werden, die in der Größenordnung der Milliarden Elektronenvolt, der sog. GeV reicht. Man konnte hoffen, mit ihnen dann auch die damals bekannten Elementarteilchen zu verändern, sie evtl. in noch kleinere Bruchstücke zu zerlegen, noch elementarere Bausteine zu finden. Auch diese Großbeschleuniger, zu denen die Apparaturen in Berkeley, Genf, Hamburg, Brookhaven, Serpukhov gehören, haben die an sie gestellten Erwartungen voll erfüllt. Es stellte sich heraus, dass man tatsächlich Elementarteilchen verändern, sie in angeregte Zustände versetzen, ja sogar in viele Teile spalten kann. Aber, und das war das entscheidend Neue, die Bruchstücke sind dabei nicht kleiner als die Teilchen, die man hatte zusammenstoßen lassen. Vielmehr handelte es sich nicht mehr eigentlich um den Prozess der Teilung, sondern um die Entstehung von Materie aus Energie, und das wusste man ja aus der Relativitätstheorie, dass das möglich ist. Bei solchen energiereichen Stößen entstehen immer wieder Elementarteilchen des gleichen Spektrums. Die Elementarteilchen sind, so kann man es ausdrücken, einfach verschiedene Formen, in die sich die Energie begeben kann, um zu Materie zu werden. Aber es gibt dann offenbar keine noch elementareren Teilchen. Das war der Stand der experimentellen Forschung vor einigen Jahren und auf der Grundlage dieser Kenntnisse musste nun entschieden werden, ob man noch größere Beschleuniger mit Energien der Größenordnung einiger hundert GeV und mit den entsprechend sehr hohen Kosten bauen sollte. Für diesen Schritt sprach zunächst die einfache Überlegung, dass bisher, so wie ich es geschildert habe, jeder Übergang von kleineren zu größeren Beschleunigern neue Erkenntnisse gebracht hat. Warum sollte es nicht so weiter gehen? Der Eintritt in ein neues Energiegebiet muss zwangsläufig zu neuen, bisher unbekannten Informationen führen, und niemand kann ausschließen, dass dabei auch ganz unerwartete, überraschende und interessante Informationen herauskommen. Aber auch, wenn man solche Überraschungen ausklammert, kann es wichtig sein zu erfahren, wie etwa die für die Radioaktivität maßgebende Wechselwirkung sich bei ganz hohen Energien verhält. Denn die bisherigen Experimente gestatten darüber keine zuverlässige Vermutung und es könnte durchaus sein, dass die Kenntnis dieses Verhaltens grundsätzliche Fortschritte zum Verständnis des Spektrums der Elementarteilchen mit sich bringt. Hier, bei den Gründen für den Beschleuniger ist auch besonders die zentrale Bedeutung dieses Problemkreises für die gesamte Physik hervorzuheben. Alle physikalischen Gesetze werden wohl letzten Endes auf Gesetze für das Verhalten der kleinsten materiellen Teilchen zurückgeführt werden können. Also ist es sehr wichtig, gerade diese Gesetze in Erfahrung zu bringen. Aber selbst wenn man die Erweiterung der Elementarteilchenphysik nicht so hoch bewertet, so wird man beim Bau der riesigen Beschleuniger neue technische Erfahrungen machen, die in ganz anderen Gebieten praktisch wertvoll werden können. Bei solchen Beschleunigern muss man ja an die äußersten Grenzen des jeweils technisch Möglichen gehen. Man wird also für die Praxis sehr viel lernen können. Ich erinnere z.B. an die sich in diesen Jahren entwickelnde Technik der supraleitenden Magneten, die vielleicht beim neuen Großbeschleuniger voll eingesetzt werden kann. Es gibt also gute Gründe, die für den Bau solcher Großbeschleuniger von Energien der Ordnung 300 GeV oder mehr sprechen. Und wenn man solche Apparaturen für einige Millionen Mark bauen könnte, so würde wahrscheinlich niemand daran gezweifelt haben, dass man das auch tun muss. Leider gehen die Kosten aber in die Milliarden. Und daher muss man schon mit Rücksicht auf die anderen Bedürfnisse des Staates fragen, ob man solche enormen Ausgaben nicht reduzieren oder wenigstens auf später verschieben kann. Sind sie wirklich unbedingt nötig? Hier bei diesen Zweifeln wird man zunächst anführen können, dass die Gründe dafür, dass bei höheren Energien etwas grundsätzlich Neues herauskommen wird, nicht ganz stichhaltig sind. Die Natur hat uns ja gerade bei dem Versuch der Elementarteilchen zu teilen eine neue und unerwartete Auskunft gegeben. Nämlich die, dass es sich bei diesen Prozessen gar nicht mehr um Teilen sondern um die Verwandlung von Energie in Materie handelt. Das wird wahrscheinlich auch bei höheren Energien so sein und daher muss man durchaus mit der Möglichkeit rechnen, dass selbst bei beliebiger Steigerung der Energie nichts grundsätzlich Neues passiert. Dazu kommt, dass man in der kosmischen Strahlung ja Teilchen von extrem hohen Energien schon beobachtet hat, bis herauf zu 1 Million GeV, und dass bei ihnen keine grundsätzlichen neuen Erscheinungen gefunden worden sind. Man könnte auch darauf hinweisen, dass die Speicherringe in Genf, die in diesem Jahre ihren Betrieb beginnen, die jetzt in den vergangenen Jahren gebaut worden sind, dass die ja auch zu noch höheren Energien reichen. Es könnte also sein, dass das bisherige umfangreiche Erfahrungsmaterial über die Elementarteilchen schon ausreicht, um die Naturgesetze in diesem Gebiet vollständig zu verstehen, dass wir die Erweiterung nach diesen höheren Energien gar nicht mehr unbedingt brauchen. In der Tat kann man sich schwer vorstellen, dass eine zunächst hypothetisch aufgestellte Theorie zwar alle bisherigen Erfahrungen innerhalb der experimentellen Genauigkeitsgrenzen richtig darstellen, dass sie aber trotzdem im Gebiet der noch höheren Energien, was wir noch nicht kennen, dann versagen könnte. Aber selbst wenn man das Experimentieren im Gebiet der hohen Energien für absolut notwendig hält, könnte man noch von der Hoffnung ausgehen, dass die Technik, etwa die der supraleitenden Magneten, in einigen Jahren oder Jahrzehnten so große Fortschritte gemacht haben wird und dass so neuartige Konstruktionsprinzipien gefunden worden sind, dass man dann einen Großbeschleuniger mit einem viel geringeren Kostenaufwand wird bauen können. Mit solchen Argumenten konnte man also dafür plädieren, mit dem Bau des Großbeschleunigers jedenfalls noch ein paar Jahre zu warten. Sie sehen, dass die physikalischen und technischen Argumente allein kaum ausreichen konnten, um eine klare Entscheidung zu treffen und daher wird man auch die wissenschaftspolitischen und die außenpolitischen Komponenten einer solchen Entscheidung sorgfältig bedenken müssen. Beginnen wir mit den Auswirkungen einer solchen Entscheidung auf die Hochschul- und Forschungspolitik im eigenen Land: Die Beträge, die für einen Großbeschleuniger von 300 GeV oder mehr ausgegeben würden müssen, sind so hoch, dass sie, selbst wenn es sich um ein internationales Gemeinschaftsprojekt handelt, nicht ohne weiteres zusätzlich zum bisherigen Forschungsetat etwa auf Kosten einfach aller übrigen Etatkosten aufgebracht werden können. Dadurch entstehen für die Gesellschaft oder für die Regierung, die sie vertritt, sehr unangenehme Prioritätsfragen, etwa in folgender Form: Sollen wir in Anbetracht der zu geringen Ausbildungskapazitäten unserer Hochschulen noch eine neue Hochschule einrichten, oder uns stattdessen an einen internationalen Großbeschleunigerprojekt beteiligen? Oder eine andere Frage: Sollen wir im Jahr einige hundert Millionen mehr für den Umweltschutz, die Reinhaltung der Flüsse, der Seen und der Luft ausgeben, oder sollen wir sie für Elementarteilchenphysik verwenden? Gerade hier hin Lindau haben wir ja in der Person unseres verehrten Grafen Bernadotte einen der überzeugendsten Vertreter des Umweltschutzes unter uns. Solche Fragen sind deswegen so unangenehm, weil hier völlig unvergleichbare Dinge in ihrer Dringlichkeit verglichen werden müssten. Auf der einen Seite steht die reine Erkenntnis über Grundfragen der Physik und der Naturwissenschaft, die später vielleicht auch, aber nur indirekt, große wirtschaftliche Auswirkungen haben kann. Auf der anderen steht ein unmittelbar praktisches Bedürfnis des heutigen Lebens, etwa die Möglichkeit, die Kinder in einer Universität später ausbilden zu lassen und ihnen gesunde Lebensbedingungen zu schaffen. Also wie soll man solche Fragen entscheiden? Die erste Forderung, die man hier erheben muss, scheint mir die zu sein, dass auch die Physiker, die den Großbeschleuniger haben wollen und mit ihm arbeiten wollen, sich die ganze Schwierigkeit dieser Probleme klar machen. Es genügt nicht, die Fragen mit der Bemerkung wegzuschieben, dass es ja Sache der Regierung sei darüber zu nachzudenken, oder leichthin zu sagen, man solle die Summe für den Großbeschleuniger eben vom Verteidigungsetat abziehen. Für die Menschen, die für das Gemeinwesen Verantwortung tragen, muss die Frage nach der Sicherheit dieses Gemeinwesens ein höheres Gewicht haben - sie muss es haben - als die Beteiligung an einem großen Projekt zum Studium der Elementarteilchen. In anderen Worten: Bei der Entscheidung über den Bau eines Großbeschleunigers kommen leider politische Fragen ins Spiel, die auch der Physiker nicht einfach ignorieren kann. Ein sehr gutes Beispiel dafür, wie man sich hier verhalten kann als Physiker, haben die britischen Physiker gegeben. Wenn ich recht unterrichtet bin, haben die britischen Physiker ihrer Regierung vorgeschlagen, man möge sich zwar an dem europäischen Großbeschleunigerprojekt beteiligen aber gleichzeitig, um die Kosten auszugleichen, den nationalen Etat für Elementarteilchen-Physik entsprechend reduzieren. Es war sogar davon die Rede, dass ein großes und angesehenes Forschungsinstitut des gleichen Gebiets, das Rutherford Laboratorium in Cambridge stillgelegt werden könnte. Hinter einem solchen Vorschlag steht also einerseits die Überzeugung, dass die Experimente, die man mit dem neuen europäischen Großbeschleuniger wird ausführen können, interessanter und wichtiger sind als jene, die mit den kleineren Apparaturen im Rutherford Laboratorium angestellt werden können. Andererseits aber auch die Einsicht, dass die Physiker in den vergangenen Jahrzehnten vielleicht schon relativ hohe Forderungen an die wirtschaftliche Kraft ihres Landes gestellt hatten, dass man also bei noch weitergehenden Ansprüchen außerordentlich vorsichtig sein müsse. Die britischen Physiker haben also bei ihren Wünschen an die Regierung das Wohl der Gemeinschaft, zu der sie gehören, sehr sorgfältig mitbedacht. Darf ich hier eine allgemeine Bemerkung einfließen lassen, die vielleicht nicht ganz hierher gehört? Es scheint mir eine unglückliche Entwicklung in unserer Zeit, keineswegs nur in unserem Land und ganz sicher nicht nur bei uns Physikern, dass viele in der Versuchung sind, Ansprüche an den Staat zu stellen ohne dafür Gegenleistung oder eigene Opfer anzubieten. Es mag sich dabei um Anspruch auf Ausbildung, Stipendien, Mitbestimmung in schwierigen Fragen oder auch einfach Anspruch auf viel Freizeit, weite Ferienreisen und materiellen Wohlstand handeln. Immer wieder wird, so fürchte ich, die Tendenz sichtbar, eine Rechtfertigung dieser Ansprüche durch eigene Opfer für unnötig zu halten. Aber das gute Beispiel der britischen Physiker, das ich erwähnt habe, weist auf die allgemeine Frage hin, wie denn überhaupt das Verhältnis der Physiker oder generell der Naturwissenschaftler zu ihren Regierungen aussehen soll. Die meisten scheinen darin überein zu stimmen, dass in unserer Zeit die Regierungsarbeit der Beratung durch die Wissenschaft bedarf. Wissenschaft und Technik spielen eine so große Rolle im modernen Leben, in der Wirtschaft, bei Bildungsfragen, bei der Vorbereitung politischer Entscheidungen, dass es Beratungsgremien von Wissenschaftlern und Technikern geben muss, die der Regierung die Arbeit erleichtern. Tatsächlich sind auch überall in den modernen Industrieländern solche Beratungsgremien eingerichtet worden. In der Bundesrepublik existieren auf verschiedenen Stufen Beratungskreise, die der Regierung bei der Verteilung von öffentlichen Mitteln für Forschungszwecke, bei Entscheidungen über große Forschungs- und Entwicklungsprojekte, bei Hochschulfragen usw. zur Seite stehen. Ich erinnere etwa an die Atomkommission, an den wissenschaftlichen Beirat des Wirtschaftsministeriums, an den Beratungskreis für Forschung. Gerade in den letzten Monaten ist über die Neuordnung dieses Beratungswesens viel diskutiert worden. Außerdem gibt es aber, und das ist etwas völlig anderes, in der Umgebung der Regierung naturgemäß Interessentengruppen, die etwa von Teilen der Wirtschaft, z.B. bestimmter Industriezweige oder der Landwirtschaft, nach Bonn geschickt worden sind, um ihren Interessen dort mehr Gehör zu verschaffen. Auch dies ist in einer Demokratie durchaus legitim, denn es ist ja gerade die Aufgabe der Regierung, zwischen den verschiedenen Interessen der Bürger des Landes einen möglichst gerechten Ausgleich zu finden. Also ist es wichtig, dass der Staat diese Interessen kennt. Es scheint mir aber außerordentlich wichtig, dass der Unterschied zwischen den Beratergruppen und den Interessentengruppen nicht verwischt wird. In dem Moment, in dem eine Beratergruppe auch Interessentengruppe würde, hat sie aufgehört eine brauchbare Beratergruppe zu sein. Denn nur eine völlig unparteiische Beratung kann der Regierung wirklich Nutzen bringen. An dieser Stelle entsteht nun ein schwieriges Dilemma, wenn es sich um die Beteiligung der Regierung an einem großen, internationalen, wissenschaftlich-technischen Projekt handelt, wie z.B. dem geplanten Großbeschleuniger. Denn einerseits ist es unerlässlich, dass hier eine Beratung durch Spezialisten auf dem Gebiet der Hochenergiephysik erfolgt, denn nur sie können die Einzelheiten wirklich beurteilen. Andererseits sind diese Spezialisten zwangsläufig auch Interessenten, da sie oder ihre Schüler später am Großbeschleuniger arbeiten wollen. Diese Schwierigkeit ist also gar nicht zu vermeiden. Sie ist auch offenbar von den britischen Physikern empfunden worden, von denen vorhin die Rede war, und diese Physiker haben dann versucht, sozusagen auf der Interessenseite Opfer zu bringen, um die Rolle des Beraters mit gutem Gewissen spielen zu können. Aber selbst wenn hier das vollste Verständnis aller Beteiligten erwartet werden kann, wenn alle bisherigen genannten Voraussetzungen erfüllt sind, so bleibt es immer noch eine sehr schwierige Aufgabe, die Dringlichkeit eines solchen wissenschaftlich-technischen Projekts gegenüber anderen Projekten abzuschätzen. Wie wichtig ist wissenschaftliche Erkenntnis? Wie wichtig ist es, dass sie bald und nicht erst in 10 oder 20 oder 30 Jahren gewonnen wird? Nun, wer sein Leben in der Wissenschaft tätig gewesen ist, der wird den Wert wissenschaftlicher Erkenntnisse hoch einschätzen und er wird dafür viele gute und triftige Gründe anführen können. Ein Politiker aber, der etwa, bevor er in die Politik ging, als Kaufmann oder Landwirt gearbeitet hat, wird vielleicht wirtschaftliche Fragen oder den Umweltschutz für wichtiger halten, und er wird auch dafür viele überzeugende Argumente finden. Vielleicht wird er auch umgekehrt in Gefahr geraten, die wissenschaftliche Erkenntnis zu hoch zu bewerten, weil die Wissenschaft ihm unheimlich und fremd ist und weil er unter dem Eindruck der modernen Technik ihre Möglichkeiten dann überschätzt. In Anbetracht dieser ganz unvermeidlichen Unsicherheit des Politikers ist es natürlich die oberste Pflicht der Berater, den Behörden ein völlig objektives, ungeschminktes Bild der wissenschaftlichen Pläne und ihrer vermuteten Bedeutung zu geben. Alle Gründe, die für, aber auch alle, die gegen das Projekt sprechen, müssen so sachlich wie möglich vorgetragen und erläutert werden, sodass der Politiker das Maximum an Informationen erhält, das er in dem betreffenden Fall überhaupt erhalten kann. Beim Aufzählen und Erläutern der Gründe, die für oder gegen so ein Projekt sprechen, ist auch darauf zu achten, dass die Beweislast richtig verteilt wird. Wenn es sich um ein Milliardenprojekt handelt, dessen Inangriffnahme unweigerlich Opfer an anderen Stellen erfordert, so muss der, der ein solches Projekt befürwortet, den Beweis für die Dringlichkeit für die zu erhoffenden Erfolge erbringen. Und es kann nicht Sache seines Opponenten sein zu beweisen, dass das Projekt doch nicht so wichtig sei, denn bei einem Projekt, das in wissenschaftliches Neuland vorstößt wird es nie möglich sein zu beweisen, dass es dabei keine neuen, überraschenden und wichtigen Entdeckungen geben kann. Aber das allein kann ja unmöglich als Grund dafür ausreichen, Milliarden auszugeben. Die Beweislast muss also unbedingt bei dem liegen, der so extrem hohe öffentliche Mittel in Anspruch nehmen will. Aber selbst dann wird die Entscheidung für die Politiker noch schwer genug sein. Es ist daher eine Erleichterung für ihre Arbeit, dass entsprechende Entscheidungen ja auch in den anderen Ländern getroffen werden müssen. Das man sich also an dem, was die anderen sich überlegt haben, orientieren kann. Wenn es sich um ein internationales Projekt handelt wie bei dem geplanten europäischen Großbeschleuniger, so stehen die anderen Mitgliedsstaaten, die sich eventuell beteiligen wollen, sogar vor genau den gleichen Problemen. Hier wird die Entscheidung also mehr oder weniger gemeinsam getroffen werden müssen. Durch den internationalen Charakter eines solchen Großprojekts kommen einige neue Aspekte herein, die ich bisher noch nicht besprochen habe. Zunächst sind wir wohl alle darin einig, dass es für die Zukunft unseres Erdteils außerordentlich wichtig ist, dass sich aus den vielen kleinen europäischen Staaten eine echte Gemeinschaft entwickelt. Ein großes wissenschaftliches Projekt, dessen Bedeutung von allen anerkannt wird, das aber wegen der hohen Kosten von einem einzelnen europäischen Land allein nicht mehr getragen werden kann, das stellt sozusagen einen Idealfall einer solchen Gemeinschaftsarbeit dar. Denn dort, wo es sich um reine Wissenschaft handelt, spielt wirtschaftliche oder politische Konkurrenz keine wichtige Rolle mehr, Ergebnisse und technische Erfahrungen brauchen nicht geheim gehalten zu werden. Das gemeinsame Interesse an spannenden wissenschaftlichen Problemen führt junge Physiker und Techniker aus den verschiedensten Ländern von selbst zu fruchtbarer Arbeit zusammen. Und ohne jede weitere Anstrengung findet ein ständiger Austausch von Meinungen und damit auch unbewusst ein Ausgleich von Interessen statt, der für das spätere Ziel, die Einheit Europas, gar nicht hoch genug eingeschätzt werden kann. Man muss solche internationalen Großprojekte also eigentlich schon deswegen fördern, weil sie international sind. Man darf in Anbetracht ihrer gemeinschaftsbildenden Kraft gegenüber den wissenschaftlichen Möglichkeiten und Begründungen nicht allzu kritisch und skeptisch sein. Tatsächlich sind in den 25 Jahren nach dem Krieg in Europa verschiedene solcher Gemeinschaftsprojekte und gemeinschaftliche Einrichtungen entstanden, die für die Zusammenarbeit eine große Bedeutung gewonnen haben. Die beste Institution dieser Art ist wohl das Atomzentrum CERN in Genf. Seit 1959 ist dort ein Proton-Synchrotron von 30 GeV in Benutzung und hat schon eine Reihe von sehr interessanten Experimenten ermöglicht. In diesem oder im kommenden Jahr wird der große Speicherring voll in Betrieb genommen werden, der hinsichtlich der Energie beim Stoß zweier Protonen einem Beschleuniger von sogar etwas 1700 GeV entspricht. Er wird das einzige Instrument dieser Art auf der Erde sein und vor einigen Monaten ist, wie gesagt, der Bau eines neuen europäischen Großbeschleunigers von mehreren 100 GeV in Genf beschlossen worden. Europa wird also in der Elementarteilchenphysik, oder wie es auch heißt in der Hochenergiephysik, in den nächsten 10-20 Jahren eine führende Rolle spielen können, wenn diese Maschinen ebenso gut ausgenutzt werden wie bisher das Proton-Synchrotron in Genf. In Triest, also auf italienischem Boden, ist ein sehr erfolgreiches internationales Zentrum für theoretische Physik entstanden, das nicht nur von europäischen, sondern auch außereuropäischen Staaten getragen wird, und das besonders gute Verbindungen nach Osteuropa und nach Asien unterhält. In Ispra am Lago Maggiore, ebenfalls auf italienischem Gebiet, werden im Auftrag von EURATOM Entwicklungs- und Forschungsaufgaben auf dem Gebiet der Reaktortechnik betrieben. Es handelt sich auch hier um ein großes internationales Gemeinschaftsprojekt, zu dem verschiedene europäische Staaten beisteuern. In Grenoble in Frankreich ist durch französisch-deutsche Zusammenarbeit ein Reaktor mit sehr hohem Neutronenfluss errichtet worden, an dem man wissenschaftliche und technische Untersuchungen über das Verhalten von Materialien unter starker Bestrahlung anstellen kann. Ähnliche internationale Einrichtungen, die auch andere Gebiete, z.B. die Erforschung des Weltraums betreffen, gibt es in Belgien und in Holland. Das Interesse an internationaler wissenschaftlicher Zusammenarbeit ist also sehr groß und mit den Erfolgen, die in den verschiedenen Institutionen errungen worden sind, kann man durchaus zufrieden sein. Trotzdem tauchen dann, wenn man sich dafür entscheiden will, eine weitere solche internationale wissenschaftliche Einrichtung zu gründen, nochmals schwierige Probleme auf, die vor allem den Standort aber auch die Finanzierung, die Verteilung der Aufträge, die Besetzung der führenden Stellen betreffen. Die Standortfrage ist hier bei weitem am schwierigsten, weil sie in der Regel nicht nach sachlichen, sondern nach politischen Gesichtspunkten entschieden werden muss. Zwar wird das angestrebte technische oder wissenschaftliche Ziel häufig Bedingungen stellen, die die Wahlmöglichkeit für den Standort stark einschränken. Z.B. muss für einen Großbeschleuniger eine weite, ebene Fläche vorhanden sein, die geologisch stabil ist, die sich also nicht unter Bodenbewegungen verformt oder unter Witterungseinflüssen Verzerrungen erleidet, und die für die Errichtung des Beschleunigers notwendigen Erdbewegungen dürfen dabei auch nicht zu kostspielig werden. Ferner muss die geplante Einrichtung verkehrstechnisch günstig liegen. Man muss Schulen, Hochschulen leicht erreichen können usw. Es gibt also eine ganze Reihe von Bedingungen, die erfüllt werden müssen, aber es ist doch in der Regel nicht allzu schwierig, in sehr verschiedenen Gegenden Europas Standorte zu finden, bei denen alle diese Bedingungen erfüllt sind. So bleibt schließlich eine politische Entscheidung zu treffen und man muss fragen, welche Gesichtspunkte hier die wichtigste Rolle spielen. Es soll sich ja bei der Errichtung dieser verschiedenen internationalen wissenschaftlichen Zentren um eine Gemeinschaftsarbeit und um eine gemeinsame Anstrengung Europas handeln und daraus scheint mir zu folgen, dass diese Institutionen einigermaßen gleichmäßig über Europa verteilt sein sollten. Natürlich kann man noch darüber diskutieren, was dieser unbestimmte Begriff „einigermaßen gleichmäßig“ bedeutet. Aber ich glaube, wenn man einen Blick auf die europäische Landkarte wirft und die räumliche Verteilung der bisherigen internationalen wissenschaftlichen Institutionen betrachtet, so erkennt man, dass die Verteilung noch ziemlich ungleichmäßig ist und in Zukunft gleichmäßiger werden sollte. Gegen dieses Argument wird gelegentlich eingewandt, dass unser Ziel doch die vereinigten Staaten von Europa sein müssten und dass es dann ja gar nicht mehr auf den Standort innerhalb Europas ankäme. Aber, das Vorbild der Vereinigten Staaten von Amerika zeigt, dass dies nicht zutrifft. Dass vielmehr auch in einem solchen politisch vereinigten Großraum auf gleichmäßige Verteilung der wissenschaftlichen Institutionen geachtet werden muss. So wird z.B. der jüngste amerikanische Großbeschleuniger, der etwas 400 GeV erreichen soll, in Batavia unweit Chicago errichtet, nachdem die beiden früheren Zentren für Hochenergiephysik im Westen in Kalifornien und ganz im Osten in Brookhaven entstanden waren. In Europa hat bei den Beratungen über den nun schon zu Anfang erwähnten Großbeschleuniger die Standortfrage eine wichtige Rolle gespielt. Aber die Möglichkeit, in Genf die schon vorhandene Infrastruktur des CERN-Zentrums zu verwenden und damit die Kosten erheblich zu senken, hat schließlich den Vorrang erhalten gegenüber der anderen Möglichkeit, ein neues europäisches Forschungszentrum in einem anderen Gebiet zu schaffen, das von den bisherigen Zentren dieser Art weit abliegt. Hoffen wir also, dass zukünftige Gründungen für eine noch gleichmäßigere Verteilung über Europa sorgen werden. Es gab noch einen anderen Grund, den neuen Großbeschleuniger wieder nach Genf ins CERN-Zentrum zu verlegen. Ein neues, von Genf unabhängiges europäisches Zentrum für Hochenergiephysik hätte tausende von Mitarbeitern an den neuen Standort und an diese Arbeit an einem neuen großen Beschleuniger gebunden. Viele junge, begabte Physiker und Techniker hätten sich daher diesem sehr speziellen Gebiet der Elementarteilchenphysik und der Beschleunigertechnologie zugewandt und sie wären wahrscheinlich in diesem Gebiet von den Problemen in den kommenden Jahren so gefesselt worden, dass es für sie schwierig geworden wäre, später in irgend einem anderen Bereich tätig zu werden. Andererseits wird dieser spezielle Problemkreis der Elementarteilchenphysik früher oder später seinen Abschluss finden, so wie alle anderen früheren Gebiete der Physik einmal aufgearbeitet wurden und dann nur noch mit ihren Anwendungen in die spätere Technik eingegangen sind. Wenn man diesen Abschluss in Gedanken in eine unabsehbare weite Ferne rückt, wie es manche Physiker tun, so mag man dies als Rechtfertigung dafür ansehen, dass man über die zukünftige Tätigkeit der Elementarteilchenphysiker in anderen Gebieten nicht weiter nachdenkt. Aber die Erfahrungen in den Vereinigten Staaten lehren, dass dort schon Beschleunigerstationen geschlossen, dass in ihnen arbeitende Physiker und Techniker entlassen worden sind. Daraus folgt, dass man den jungen Menschen, die man für diese speziellen Gebiete interessiert hat, Unrecht tut, wenn man über ihre weitere Zukunft nicht weiter nachdenken würde. Aus diesem Grund war es sicher ein weiser Entschluss, den neuen Großbeschleuniger, für den man sich entschlossen hatte, wieder in Genf zu bauen, so wie früher das Proton-Synchrotron um den großen Speicherring. Zwar wird auch in Genf das Personal durch die neuen Aufgaben sich erheblich vermehren, aber doch wohl lang nicht in dem Ausmaß, in dem das in einer ganz neuen Beschleunigerstation geschehen würde. Man hat also die Gefahren für die ferne und nahe Zukunft durch die Wahl von Genf als Standort etwas verringert. Schließlich noch ein weiteres Argument, mehr nebenbei. Die räumliche Enge des Bauplatzes in Genf hat auch noch eine technische Konsequenz. Sie zwingt die Konstrukteure, die modernsten technischen Entwicklungen z.B. die Supraleitungsmagneten mit zu nutzen, wenn man auf dem kleinen Raum so hohe Energien erreichen will. Das neue Projekt wird also zwangsläufig viel moderner werden als das früher geplante. Damit habe ich glaube ich die meisten der Argumente aufgeführt, die bei der schließlich gefällten Entscheidung mitgewirkt haben, und die ich jetzt in wenigen Worten wiederhole. Da ist zunächst die Freude über ein sinnvolles Gemeinschaftsprojekt, aber auch die Unsicherheit über die mit dem neuen Instrument zu erwartenden Erfolge. Die Frage, ob die mit den bisherigen Beschleunigern gewonnenen Erfahrungen nicht vielleicht schon ausreichen könnten, um die Welt der Elementarteilchen zu verstehen. Dann die weitere Frage nach den Fortschritten der Technik: Könnten Beschleuniger der geforderten hohen Energie nicht vielleicht in einigen Jahren nach neuen technischen Verfahren viel billiger gebaut werden als jetzt? Dazu die Schwierigkeit, zwischen den mitwirkenden Nationen eine faire Einigung über den Standort zu erzielen, und die Notwendigkeit, für jede einzelne dieser Regierungen auf gewisse Pläne oder Projekte im eigenen Land zugunsten des internationalen Beschleunigers zu verzichten. Wenn man alle diese Schwierigkeiten und Probleme bedenkt, so ist die Entscheidung, die schließlich getroffen worden ist und die sie kennen, eine, wie mir scheint, sehr gute Lösung, ein angemessener Kompromiss aus den verschiedenen Interessen und ein wertvoller Beitrag zur Stärkung der europäischen Gemeinschaft. Zum Schluss muss ich aber doch aus dieser Ebene der praktischen Erwägungen, der wissenschaftlichen Begründungen und politischen Verhandlungen noch in eine etwas tiefere Schicht hinunter steigen und fragen: Wieso machen wir Menschen überhaupt so enorme Anstrengungen einen Großbeschleuniger zu bauen? Wieso geben wir Milliardenbeträge für ein wissenschaftliches Instrument aus, das jedenfalls unmittelbar keinen wirtschaftlichen Nutzen verspricht? Auf diese Frage habe ich …

Werner Heisenberg (1971)

Physical and political considerations in the construction of large particle accelerators (German presentation)

Werner Heisenberg (1971)

Physical and political considerations in the construction of large particle accelerators (German presentation)

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From 1953 to 1973, Werner Heisenberg participated in 15 Lindau meetings. The golden thread running through most of his talks is the development of a “Unified Theory of Elementary Particles” (which corresponds to the colloquial GUT, the Grand Unified Theory). This ambitious post-war project, as is well known by now, unfortunately led to a scientific dead end. Today, the so-called Standard Model represents the level of our understanding of particle physics.
In 1971, however, Heisenberg chose a very different, almost political topic for his lecture: the Pros and Cons of building new, very powerful (and very expensive) particle accelerators. Heisenberg discusses this issue against the backdrop of the recent decision of several European states to build what was later known as the Super Proton Synchrotron (SPS) at CERN in Geneva.
According to Heisenberg, a prime argument for more powerful particle accelerators is the fact that historically, each pronounced increase in particle energy has brought new fundamental scientific results: while the eV-energy range, accessible with simple vacuum tubes, merely allowed for the spectroscopic characterisation of the atoms’ electron shells, the first high voltage accelerators to be introduced in the 1930s (with a million times higher energy range) already enabled investigations of the atomic nucleus. In a next step, the commissioning of the first “huge” particle accelerators in the 1950s boosted the accessible energy 1000fold to the GeV range and thus made possible the production of an entire zoo of new particles, amongst them the hadrons and the antiproton/antineutron. Eventually, the SPS, which should go online in 1976, five years after Heisenberg discussed its Pros and Cons in Lindau, went up to energies of 400 GeV. After a modification into a proton-antiproton collider, this allowed for the detection of the W and Z bosons, thus corroborating the electro-weak unification theory, by which these particles were predicted. Carlo Rubbia and Simon van der Meer received the 1984 Nobel Prize in Physics for their work in this field. And it did not end there. Today, an updated version of the SPS serves as a pre-accelerator for the Large Hadron Collider (LHC). The latter delivers energies of 7 TeV to protons and is the key tool in the ongoing efforts to detect the Higgs boson. So after all, it appears as if Heisenberg was right, at least if one takes a solely scientific stance. But was it worth the original SPS budget of 1150 million Swiss francs, corresponding to more than € 3 billion today? Or would it have been better to found and finance several new universities instead? Or to invest the money in environmental protection, as Heisenberg asks rhetorically in his lecture. His own position is patently obvious: it would probably be worth having these accelerators out of scientific curiosity alone. Still, Heisenberg also gives some additional Pros, which might appeal to a wider, non-scientific public. There is the assumption, for example, that the construction of such a huge and technically sophisticated instrument itself would lead to new scientific and technical innovations, which could be of benefit to society. And then there is the idea of European and even global integration. Today, CERN is run by 20 European member states and scientists of more than 100 nationalities use its facilities collaboratively. What seems unspectacular from a modern point of view was certainly a visionary encounter in the 1970s, which stood under the influence of the cold war, the war in Vietnam and the German separation, for instance. In his talk, Heisenberg raises the point that fundamental research is free of economic aims and direct national interests and that the SPS could be an ideal showcase in this respect. Unfortunately, he was not able to see his scientific and political predictions come true. Werner Heisenberg passed away on the 1st of February 1976, just a couple of months before the first proton beams began to circulate in the SPS.

David Siegel

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