Der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, der Large Hadron Collider (LHC), wird ab dem 5. Juli damit beginnen, Protonen mit beispielloser Energie aufeinander zu prallen zu lassen.
Wissenschaftler werden die Daten aufzeichnen und analysieren, von denen erwartet wird, dass sie Beweise für „neue Physik“ liefern – oder Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik, das erklärt, wie die Grundbausteine der Materie interagieren, die von vier fundamentalen Kräften bestimmt werden.
Der LHC
Der Large Hadron Collider ist eine riesige, komplexe Maschine, die gebaut wurde, um Teilchen zu untersuchen, die die kleinsten bekannten Bausteine aller Dinge sind.
Strukturell handelt es sich um eine 27 km lange Gleisschleife, die 100 Meter unter der Erde an der schweizerisch-französischen Grenze vergraben ist. Im Betriebszustand schießt es in einem Ring aus supraleitenden Elektromagneten zwei Protonenstrahlen fast mit Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen.
Das von den supraleitenden Elektromagneten erzeugte Magnetfeld hält die Protonen in einem straffen Strahl und führt sie entlang des Weges, während sie durch Strahlrohre wandern und schließlich kollidieren.
„Unmittelbar vor der Kollision wird ein anderer Magnettyp verwendet, um die Partikel näher zusammenzudrücken, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu erhöhen. Die Teilchen sind so winzig, dass die Aufgabe, sie zur Kollision zu bringen, dem Abfeuern zweier Nadeln gleicht, die 10 km voneinander entfernt sind, und zwar so präzise, dass sie sich auf halber Strecke treffen“, so die Europäische Organisation für Kernforschung (ursprünglich Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire oder CERN). auf Französisch), das den Teilchenbeschleunigerkomplex betreibt, in dem sich der LHC befindet.
Da die starken Elektromagnete des LHC fast so viel Strom führen wie ein Blitz, müssen sie gekühlt werden. Der LHC verwendet ein Verteilungssystem aus flüssigem Helium, um seine kritischen Komponenten bei minus 271,3 Grad Celsius ultrakalt zu halten, was kälter ist als der interstellare Raum. Angesichts dieser Anforderungen ist es nicht einfach, die gigantische Maschine aufzuwärmen oder abzukühlen.
Letztes Upgrade
Drei Jahre nachdem er wegen Wartungsarbeiten und Upgrades abgeschaltet wurde, wurde der Collider diesen April wieder eingeschaltet. Dies ist der dritte Lauf des LHC, und ab Dienstag wird er vier Jahre lang rund um die Uhr mit beispiellosen Energieniveaus von 13 Teraelektronenvolt betrieben. (Ein TeV sind 100 Milliarden oder 10 hoch 12 Elektronenvolt. Ein Elektronenvolt ist die Energie, die einem Elektron gegeben wird, indem es durch eine elektrische Potentialdifferenz von 1 Volt beschleunigt wird.)
„Unser Ziel ist es, 1,6 Milliarden Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde für die ATLAS- und CMS-Experimente zu liefern“, sagte Mike Lamont, Leiter der Beschleuniger- und Technologieabteilung des CERN, laut einem AFP-Bericht. Dieses Mal werden die Protonenstrahlen auf weniger als 10 Mikrometer verengt – ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick – um die Kollisionsrate zu erhöhen, sagte er.
(ATLAS ist das größte Allzweck-Teilchendetektor-Experiment am LHC; das Compact Muon Solenoid (CMS)-Experiment ist eine der größten internationalen wissenschaftlichen Kooperationen in der Geschichte, mit den gleichen Zielen wie ATLAS, aber mit einem anderen Magnetsystem-Design. )
Frühere Läufe & Entdeckung von „God Particle“.
Vor zehn Jahren, am 4. Juli 2012, hatten Wissenschaftler des CERN der Welt die Entdeckung des Higgs-Bosons oder des „Gottes-Teilchens“ während des ersten Laufs des LHC bekannt gegeben. Die Entdeckung beendete die jahrzehntelange Suche nach dem „krafttragenden“ subatomaren Teilchen und bewies die Existenz des Higgs-Mechanismus, einer Theorie, die Mitte der sechziger Jahre aufgestellt wurde.
Dies führte dazu, dass Peter Higgs und sein Mitarbeiter François Englert 2013 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden. Es wird angenommen, dass das Higgs-Boson und das damit verbundene Energiefeld eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Universums gespielt haben.
Der zweite Lauf des LHC (Lauf 2) begann 2015 und dauerte bis 2018. Die zweite Saison der Datenerfassung produzierte fünfmal mehr Daten als Lauf 1.
Im dritten Lauf kommt es im Vergleich zu Lauf 1 zu 20-mal mehr Kollisionen.
“Neue Physik”
Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons haben Wissenschaftler begonnen, die gesammelten Daten als Werkzeug zu nutzen, um über das Standardmodell hinauszublicken, das derzeit die beste Theorie der elementarsten Bausteine des Universums und ihrer Wechselwirkungen ist.
Wissenschaftler am CERN sagen, dass sie nicht wissen, was Run 3 enthüllen wird; die kollisionen sollen genutzt werden, um das verständnis der sogenannten „dunklen materie“ zu vertiefen.
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Es wird angenommen, dass dieses schwer zu erkennende, erhoffte Teilchen den größten Teil des Universums ausmacht, aber völlig unsichtbar ist, da es kein Licht absorbiert, reflektiert oder emittiert.
Luca Malgeri, ein Wissenschaftler beim CERN, sagte gegenüber Reuters: „CERN-Wissenschaftler hoffen, dass es, wenn auch nur flüchtig, in den Trümmern von Milliarden von Kollisionen entdeckt werden könnte, genau wie das Higgs-Boson.“