Europäische Organisation für Kernforschung – Hadron Collider – Experimente am leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger!
Ab dem 5. Juli 2022 wird der Teilchenbeschleuniger des Large Hadron Collider damit beginnen, Protonen mit beispiellosen Energieniveaus zu kollidieren, wie CERN am 4.07.2022 bekannt gibt.
Das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eine Großforschungseinrichtung in der Nähe von Genf, die teilweise in Frankreich und teilweise in der Schweiz liegt. Am CERN wird physikalische Grundlagenforschung betrieben, insbesondere wird mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger der Aufbau der Materie erforscht. Der derzeit (2019) bedeutendste ist der Large Hadron Collider, der 2008 in Betrieb genommen wurde. Das CERN ist außerdem der Geburtsort des World Wide Web.
LHC Run 3: Physics at Record Energy startet am Dienstag, den 5. Juli 2022 und läutet nach mehr als drei Jahren Betrieb eine neue Datenerfassungsperiode für Experimente am leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem Large Hadron Collider (LHC), ein.
Der Large Hadron Collider ist bereit, erneut Protonenkollisionen für Experimente zu liefern, diesmal mit einer beispiellosen Energie von 13,6 TeV, was den Beginn der dritten Datenaufnahme des Beschleunigers für die Physik markiert (4 JULY, 2022).
Am Dienstag, 5. Juli 2022, beginnt für die Experimente am weltweit leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider (LHC), nach mehr als drei Jahren Umbau- und Wartungsarbeiten eine neue Periode der Datenerfassung. Bereits seit April 2022 zirkulieren Strahlen im Beschleunigerkomplex des CERN, wobei die LHC-Maschine und ihre Injektoren wieder in Betrieb genommen wurden, um mit neuen Strahlen höherer Intensität und erhöhter Energie zu arbeiten. Jetzt sind die LHC-Betreiber bereit, stabile Strahlen anzukündigen, die Bedingung, die es den Experimenten ermöglicht, alle ihre Subsysteme einzuschalten und mit der Erfassung der Daten zu beginnen, die für die physikalische Analyse verwendet werden.
Der LHC wird fast vier Jahre lang rund um die Uhr mit einer Rekordenergie von 13,6 Billionen Elektronenvolt (TeV) betrieben und bietet mehr Präzision und Entdeckungspotenzial als je zuvor.
„Wir werden die Protonenstrahlen an den Wechselwirkungspunkten auf weniger als 10 Mikrometer Strahlgröße fokussieren, um die Kollisionsrate zu erhöhen. Im Vergleich zu Run 1, in dem Higgs mit 12 inversen Femtobarns entdeckt wurde, werden wir nun in Run 3 280 inverse Femtobarns liefern1. Dies ist eine deutliche Steigerung, die den Weg für neue Entdeckungen ebnet“, sagt Mike Lamont, Direktor für Beschleuniger und Technologie.
Die vier großen LHC-Experimente haben große Upgrades an ihren Datenauslese- und Auswahlsystemen mit neuen Detektorsystemen und Computerinfrastruktur durchgeführt. Die Änderungen werden es ihnen ermöglichen, deutlich größere Datenstichproben mit Daten von höherer Qualität als in früheren Läufen zu sammeln. Die ATLAS- und CMS-Detektoren erwarten, während Lauf 3 mehr Kollisionen aufzuzeichnen als in den beiden vorangegangenen Läufen zusammen. Das LHCb-Experiment wurde komplett überarbeitet und soll seine Datenerfassungsrate um den Faktor zehn erhöhen, während ALICE eine erstaunliche Verfünfzigfachung der Anzahl der aufgezeichneten Kollisionen anstrebt.
Mit den erweiterten Datenproben und der höheren Kollisionsenergie wird Run 3 das bereits sehr vielfältige LHC-Physikprogramm weiter ausbauen. Die Wissenschaftler der Experimente werden die Natur des Higgs-Bosons mit beispielloser Präzision und in neuen Kanälen untersuchen. Sie können bisher unzugängliche Prozesse beobachten und die Messgenauigkeit zahlreicher bekannter Prozesse verbessern, die grundlegende Fragen beantworten, wie zum Beispiel den Ursprung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum. Wissenschaftler werden die Eigenschaften von Materie unter extremer Temperatur und Dichte untersuchen und auch nach Kandidaten für dunkle Materie und andere neue Phänomene suchen, entweder durch direkte Suche oder – indirekt – durch präzise Messungen der Eigenschaften bekannter Teilchen.
„Wir freuen uns auf Messungen des Higgs-Boson-Zerfalls auf Teilchen der zweiten Generation wie Myonen. Dies wäre ein völlig neues Ergebnis in der Higgs-Boson-Saga und würde zum ersten Mal bestätigen, dass auch Teilchen der zweiten Generation durch den Higgs-Mechanismus Masse erhalten“, sagt CERN-Theoretiker Michelangelo Mangano.
„Wir werden die Stärke der Higgs-Boson-Wechselwirkungen mit Materie und Kraftteilchen mit bisher unerreichter Präzision messen und unsere Suche nach Higgs-Boson-Zerfällen zu Dunkle-Materie-Teilchen sowie die Suche nach weiteren Higgs-Bosonen vorantreiben“, sagt Andreas Hoecker, Sprecher von die ATLAS-Kollaboration. „Es ist überhaupt nicht klar, ob der in der Natur realisierte Higgs-Mechanismus der minimale ist, der nur aus einem einzigen Higgs-Teilchen besteht.“
Ein aufmerksam verfolgtes Thema werden die Untersuchungen einer Klasse seltener Prozesse sein, bei denen ein unerwarteter Unterschied (Lepton-Flavour-Asymmetrie) zwischen Elektronen und ihren Cousin-Teilchen, Myonen, durch das LHCb-Experiment in den Daten früherer LHC-Läufe untersucht wurde. „Daten, die während Lauf 3 mit unserem brandneuen Detektor erfasst wurden, werden es uns ermöglichen, die Präzision um den Faktor zwei zu verbessern und mögliche Abweichungen von der Universalität des Lepton-Geschmacks zu bestätigen oder auszuschließen“, sagt Chris Parkes, Sprecher der LHCb-Kollaboration. Theorien, die die von LHCb beobachteten Anomalien erklären, sagen typischerweise auch neue Effekte in verschiedenen Prozessen voraus. Diese werden das Ziel spezifischer Studien sein, die von ATLAS und CMS durchgeführt werden. „Dieser komplementäre Ansatz ist wesentlich; Wenn wir auf diese Weise neue Effekte bestätigen können, ist das eine große Entdeckung in der Teilchenphysik“, sagt Luca Malgeri, Sprecher der CMS-Kollaboration.
Das Schwerionen-Kollisionsprogramm wird die Untersuchung von Quark-Gluon-Plasma (QGP) – einem Zustand der Materie, der in den ersten 10 Mikrosekunden nach dem Urknall existierte – mit beispielloser Genauigkeit ermöglichen. „Wir gehen davon aus, dass wir von einer Phase, in der wir viele interessante Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas beobachtet haben, zu einer Phase übergehen, in der wir diese Eigenschaften genau quantifizieren und sie mit der Dynamik seiner Bestandteile in Verbindung bringen“, sagt Luciano Musa, Sprecher der ALICE Zusammenarbeit. Zusätzlich zu den Haupt-Blei-Blei-Läufen wird erstmals eine kurze Periode mit Sauerstoffkollisionen aufgenommen, mit dem Ziel, die Entstehung von QGP-ähnlichen Effekten in kleinen kollidierenden Systemen zu untersuchen.
Die kleinsten Experimente am LHC – TOTEM, LHCf, MoEDAL mit seinem völlig neuen Subdetektor MAPP und den kürzlich installierten FASER und SND@LHC – sind ebenfalls bereit, Phänomene innerhalb und jenseits des Standardmodells zu erforschen, von magnetischen Monopolen bis hin zu Neutrinos und Kosmos Strahlen.
Eine neue Physik-Saison beginnt mit einem breiten und vielversprechenden wissenschaftlichen Programm. Der Start von LHC Run 3 wird ab 16:00 Uhr live auf den Social-Media-Kanälen des CERN und über eine hochqualitative Eurovision-Satellitenverbindung übertragen. (MESZ) am 5. Juli 2022. Live-Kommentare des CERN-Kontrollzentrums, die in fünf Sprachen (Englisch, Französisch, Deutsch, Italienisch und Spanisch) verfügbar sind, führen die Zuschauer durch die Betriebsphasen, die Protonenstrahlen von der Injektion in den LHC bis zu Kollisionen für die Physik an den vier Interaktionspunkten führen wo sich die Experimente befinden. Eine Live-Q&A-Session mit Experten aus den Beschleunigern und Experimenten rundet den Live-Stream ab.
“Sie werden die Welt zerstören” – vielleicht haben die Verschwörungstheoretiker wieder mal recht?
Selten hat ein Experiment so viel Lärm verursacht: Einige Wissenschaftler warnen, dass der neue Teilchenbeschleuniger LHC des CERN in Genf die gesamte Erde zerstören wird. CERN-Physiker werden jetzt mit verzweifelten E-Mails bombardiert, der Nobelpreisträger erhält Morddrohungen.
Am 10. September 2022 startet das komplexeste Physikexperiment der Welt: In einem 27 Kilometer langen Tunnel – mehr als 100 Meter unter der Erde – werden physikalische Teilchen, die kleiner als ein Atom sind, auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, sodass sie kollidieren. Die Temperatur am Large Hadron Collider (LHC) beträgt minus 271 Grad Celsius. Ziel ist es, in die Mysterien der Materie einzudringen.
Doch einige Forscher warnen vor den Risiken dieser Experimente, allen voran der Chaosforscher Otto E. Rössler. Er sieht die Gefahr, dass winzige schwarze Löcher, die bei Experimenten entstehen könnten, in naher Zukunft die Erde anfressen werden. Forscher des CERN weisen dies zurück. Selbst wenn sich Schwarze Löcher im LHC aus der Umgebung bilden könnten, wären sie mikroskopisch klein und würden sich fast augenblicklich auflösen, schreiben CERN-Physiker in einer aktuellen Studie im Journal of the London Institute of Physics. Daher gibt es nicht genug Energie, um schwarze Löcher in hungrige Monster zu verwandeln, die alles um sich herum verschlingen, wie sie es im Weltraum tun. Grundlos und befürchtet, dass die sogenannte fremde Materie die Erde in einen undefinierbaren Block verwandeln könnte.
Aber diese Argumente überzeugen nicht jeden. Cern-Sprecher James Gillis sagte dem britischen Daily Telegraph, dass er jeden Tag hektische Anrufe und E-Mails erhalte. „Bitte sagen Sie mir, dass meine Kinder in Sicherheit sind“, zitierte Gillis den Anrufer. Oder: “Sie sind böse und gefährlich und werden die Welt zerstören.” Laut einem britischen Kollegen wurde Nobelpreisträger Frank Wilczek sogar mit dem Tod bedroht.
Zudem versuchten Gegner des Experiments im letzten Moment, den Start des LHC zu stoppen, indem sie eine Klage beim Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte einreichten. Am 29. August wiesen die Straßburger Richter die Klage jedoch ab.
„Jede Kollision eines Protonenpaares im LHC setzt so viel Energie frei wie bei der Kollision zweier Moskitos“, schreiben die CERN-Experten. Folglich werden die am LHC erzeugten Schwarzen Löcher viel kleiner sein als die aus dem Weltraum bekannten.
Letztendlich passieren Ereignisse wie das, was in einem Teilchenbeschleuniger passiert ist, auf der Erde ständig, wenn sie auf ihrem Weg durch den Weltraum auf hochenergetische kosmische Strahlung trifft, heißt es in der Studie. „Die Natur hat bereits das Äquivalent von Hunderttausenden von LHC-Testprogrammen auf der Erde abgeschlossen, und der Planet existiert immer noch.“
@Stella