text: Die 10.000 Tonnen schwere Anlage soll Daten liefern, aus denen Forscher Erkenntnisse über die ersten Momente unseres Universum gewinnen können.
  GenfKurz vor einer zweijährigen Betriebspause schaltet der weltgrößte Teilchenbeschleuniger LHC bei der Europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in Genf noch einmal in einen anderen Gang. Seit Mittwoch läuft die Maschine mit Blei-Ionen statt Protonen auf Hochtouren. Die Blei-Ionen werden in dem 27 Kilometer langen ringförmigen Tunnel unter der Erde mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zur Kollision gebracht. Worum geht es?
  Am 3. Dezember wird der Beschleuniger für eine routinemäßige Wartung abgeschaltet. Bis dahin kommt das Experiment „Alice“ zum Zuge. Die Abkürzung steht für „A Large Ion Collider Experiment“, die Forscher sind damit den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall auf der Spur.
  „Wir wollen das Quark-Gluon-Plasma erzeugen“, sagte Physiker Robert Münzer von der Universität Frankfurt, mitverantwortlich für das Experiment. Plasma entsteht, wenn Kernmaterie sehr stark erhitzt wird. Quarks sind die Bestandteile von Protonen und Neutronen, Gluonen die Elemente, die Quarks verbinden – vom englischen „glue“ für Kleber. Die Blei-Ionen zerfallen bei entsprechend großer Hitze in diese Bestandteile.
  Nach rund zweijähriger Pause nimmt der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, der LHC am europäischen Kernforschungszentrum Cern bei Genf, im März wieder den Betrieb auf.
  Nach dem Anschalten soll er Kollisionen mit der bislang unerreichten Energie von 13 Teraelektronenvolt ermöglichen. Zum Vergleich: Seinen bisherigen Energierekord erreichte der LHC 2012 mit acht Teraelektronenvolt.
  Entdeckungen bei solchen Energien könnten die Grenzen der Physik verschieben. So hoffen Forscher auf die Entdeckung einer neuen Art von Teilchen, mit denen sich das Geheimnis des dunklen Universums lüften ließe – also jenen Teil des Kosmos, der nicht direkt zu beobachten ist, sondern sich nur durch seine Wechselwirkung mit dem sichtbaren Universum verrät.
  Forscher gehen davon aus, dass die sichtbare Materie nur rund vier Prozent des Universums ausmacht, während 96 Prozent auf sogenannte Dunkle Materie und die ebenso rätselhafte Dunkle Energie entfallen.
  Eine Erklärung für die unsichtbare Dunkle Materie lautet, dass alle aus dem bewährten Standardmodell der Teilchenphysik bekannten Partikel schwerere Zwillingsteilchen haben – sogenannte supersymmetrische Teilchen, aus denen dann die Dunkle Materie bestehen könnte. Wissenschaftler glauben, dass der generalüberholte LHC genug Energie besitzt, um supersymmetrische Teilchen zu entdecken – wenn diese denn existieren.
  Der unterirdische Hadronen-Speicherring im französisch-schweizerischen Grenzgebiet, von Wissenschaftsbegeisterten auch „Weltmaschine“ genannt, ist ein Projekt der Superlative: Das Spitzentempo der beschleunigten Protonen beträgt 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
  „Wir brauchen bis zu 200.000 Mal die Kerntemperatur der Sonne“, sagte Münzer. „In dem Zustand müsste etwa die Materie kurz nach dem Urknall gewesen sein.“ Das war vor fast 14 Milliarden Jahren. „Wir wollen herausfinden, was innerhalb der ersten Nanosekunden des Weltalls vor sich gegangen ist.“
  Physiker vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie von den Universitäten Heidelberg, Münster und Breslau haben gerade erst gezeigt, wie wertvoll „Alice“ ist. Sie konnten anhand der Experimente theoretische Vorhersagen bestätigen, etwa, dass aus Quark-Gluon-Plasma Materiebausteine wie Protonen, Neutronen oder Atomkerne hervorgehen. „Das entspricht einer Temperatur, die 120.000 Mal heißer ist als das Innere der Sonne“, berichteten sie.
  Wenn der Beschleuniger am 3. Dezember abgeschaltet wird, werden neben der Wartung auch umfangreiche Baumaßnahmen für eine Runderneuerung vorangetrieben. Die Maschine soll noch leistungsstärker werden. Die Physiker kommen derzeit auf eine Milliarde Protonenkollisionen pro Sekunde. Mit neu entwickelten Materialien und stärkeren Magneten sollen es in ein paar Jahren fünf Milliarden sein.
  Auch die „Alice“-Physiker profitieren davon. „Mit unseren Blei-Ionen bekommen wir heute etwa 10.000 Kollisionen pro Sekunde“, sagte Münzer. „Nach dem Umbau werden es 50.000 sein.“
  Auch die 10.000 Tonnen schwere „Alice“ selbst – ein 16 mal 26 Meter großer Detektor – bekommt ein umfassendes „Lifting“. Mit neuen Messinstrumenten können die riesigen zusätzlichen Datenmengen dann noch besser verarbeitet werden.
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  Immer kleinere Losgrößen sind bereits Realität und werden im Rahmen von Industrie 4.0 weiter zunehmen. Nach neuesten Erkenntnissen wird hier die manuelle Montage auch weiterhin eine nicht unbedeutende Rolle spielen. Der neue Handarbeitsplatz ist ein höhenverstellbarer, ergonomisch konzipierter Systemarbeitsplatz aus Minitec-Aluminiumprofilen. Er bietet Platz für Werkzeug und Zubehör und ist mit einem griffgünstig angeordneten Regal für das Minitec-Kann-Tainer-System ausgestattet. Außerdem sind, Steuerungs- und Regelungssysteme integriert.
  Als elektronische Montageunterstützung kommt eine Augmented-Reality-Applikation mit einem automatischen Workflow-Erkennungssystem zum Einsatz, die den Arbeiter bei der Montage mit virtuellen Informationen unterstützt, wodurch kürzere Anlernzeiten sowie geringere Ausschussquoten realisiert werden. Auch der Einsatz von Augmented Reality zur visuellen Unterstützung des Werkers ist bereits realisiert. pb
  Vom 6. bis 8. November 2012 findet in Stuttgart die nächste Vision statt. Dann feiert die internationale Fachmesse für Bildverarbeitung ihr 25-jähriges Jubiläum mit vielen Highlights der erwarteten 360 Aussteller, die nun alle in der größten Halle der Messe Stuttgart, der Halle 1, vereint sind.
  Exakte Kontrolle in der Produktion, hier am Beispiel einer Highspeed-Kamera von Mikrotron. (Foto: Landesmesse Stuttgart)
  Es geht um Bildverarbeitungskomponenten wie Kameras, Bildsensoren, Vision Sensoren, Framegrabber, Beleuchtungen, Laser, Optiken, Software sowie Bildverarbeitungssysteme, Anwendungslösungen und Dienstleistungen bei der nächsten Vision, die eine „starke Innovationskraft“ habe, wie der Veranstalter verspricht. Nach dem Vorbild eines Insektenauges hat beispielweise der Aussteller Xapt sein eye-sect X16 entwickelt, ein anpassbarer Bildsensor-Cluster, der dreidimensional sieht und eine hohe Szenenauflösung besitzt. Auch die nächste Generation CMOS-Bildsensoren mit Global-Shutter-Funktion wird vorgestellt: Als Herz vieler Kamerasysteme setzt sich die CMOS-Technologie immer stärker durch, vor allem dort, wo hohe Bildaufnahmegeschwindigkeiten und hohe Auflösungen gefordert sind. Sensoren mit Global-Shutter-Funktion und Mikrolinsen gelten hier als Pioniertechnologie, denn sie lesen das Sensorbild mit einem Mal aus und nicht zeilenbasiert wie bisher üblich. Bewegte Objekte lassen sich so schärfer erfassen.
  Mit High-Speed-Kameras lassen sich besondere Fragestellungen behandeln – etwa, was mit einem Dieseltropfen bei der Einspritzung passiert oder wie sich eine Druckwelle nach der Explosion ausbreitet. Etliche Hersteller stellen ihre verbesserten Hochgeschwindigkeitskameras vor. Mit 100.000 Bildern pro Sekunde bei drei Megapixel Auflösung setzt zum Beispiel das Highspeed-Kamerasystem Q-MIZE von AOS Technologies Maßstäbe. Diese Messe- Neuheit ist insbesondere für Bildaufnahmen unter erschwerten Bedingungen geeignet, etwa bei hohen Beschleunigungen, heftigen Stößen und Vibrationen. Dieses Gerät sein das zurzeit technisch Machbare, wie es heißt, und für künftige Anforderungen gerüstet.
  Der Trend zu immer kleineren Pixeln, größeren Bildsensorflächen sowie rasant anwachsenden Bildraten fordert unweigerlich höhere Geschwindigkeiten bei der Übertragung der riesigen Bilddatenmenge von der Kamera zum Computer. Auch das Thema Datenschnittstelle wird demnach Thema der Vision 2012 sein. Für Kameras der mittleren bis unteren Leistungsklasse wird zum Beispiel die Schnittstelle USB 3.0 zunehmend attraktiver, da diese Anschlusstechnik einfach und preiswert sei. Passend zur Messe wird das erste Release des Standards USB3 Vision fertig, gleichzeitig werden auch die ersten Produkte erhältlich sein, wird vermeldet. Die Messe wird nicht nur zeigen, dass Bildverarbeitungssysteme immer hochauflösender und leistungsfähiger werden, sondern auch, dass sie immer mehr in ihrer Baugröße schrumpfen und einfacher zu handhaben sind: kleinere bildgebende Apparaturen als bisher, ultra-kompakte Gehäuse, unabhängige LED-Beleuchtung und verzichtbare Justierungen.
  Die Medizintechnik ist ein wachsender Markt. Aussteller, die zu diesem Thema BV-Komponenten und -Lösungen anbieten, sind unter dem Leitmotiv „Medical Discovery Tour“ explizit mit dem MDT-Logo gekennzeichnet, so dass der interessierte Besucher sich schnell orientieren kann. Die medizinische Entdeckungsreise gehört zu den absoluten Highlights der diesjährigen Vision, verkündet der Veranstalter.
  Direkt an den Endanwender richtet sich die Integration Area, die Ausstellern eine Plattform speziell für Systemintegratoren und Lösungsanbieter darstellt. So offeriert beispielweise TEMA zur Qualitätssicherung aus einem Guss moderne Konzepte zur optimalen Druckbildinspektion – von der Druckvorstufe bis zur Auswertung der Prüfergebnisse. pb