Wissenschaftler am CERN schlagen Protonen auf einem beispiellosen Energieniveau zusammen, um die beständigsten Geheimnisse unserer Welt zu entschlüsseln – einschließlich der Dunklen Materie, über die wir wenig wissen, obwohl sie 26,8 Prozent aller Masse und Energie ausmacht.
Der Large Hadron Collider (LHC), der nach umfangreichen Upgrades für seinen dritten Lauf neu gestartet wurde, brach Energierekorde, als er heute wieder eingeschaltet wurde – was es Physikern ermöglichte, das Higgs-Boson weiter zu untersuchen und was der Zerfall dieses Teilchens über den Rest des Bosons verraten kann Universum.
Durch die Kollision von Protonenstrahlen mit 13,6 Teraelektronenvolt brach der LHC einen Rekord; Um ein Gefühl für die Kraft zu vermitteln, die im 300 Fuß unter der Erde befindlichen Teilchenbeschleuniger freigesetzt wird, entspricht ein Tera-Elektronenvolt 1.000.000.000.000 Elektronenvolt.
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Die oben abgebildete CERN-Physikerin Katharine Leney arbeitet am ATLAS-Experiment und ist Assistenzprofessorin an der Southern Methodist University in Dallas, Texas. Sie sprach mit DailyMail.com über ihre Arbeit und Hoffnung für die Zukunft
‘Wir glauben [dark matter] hat Masse, aber wir wissen nichts darüber“, sagte die CERN-Physikerin Katharine Leney, die am ATLAS-Experiment arbeitet und wissenschaftliche Assistenzprofessorin an der Southern Methodist University in Dallas, Texas ist, gegenüber DailyMail.com in einem Interview.
“Wir glauben, dass Higgs Boson vielleicht damit interagiert – wir wissen es noch nicht.”
Trotz all unserer wissenschaftlichen Fortschritte wissen wir nur über sichtbare Materie – alles, was wir sehen können – was nur 4,9 Prozent des gesamten Universums ausmacht. Dunkle Energie, über die wir noch weniger wissen, macht 68,3 Prozent des Universums aus.
„Denn diese Teilchen der Dunklen Materie – wenn sie nicht auf andere Weise mit anderen Teilchen interagieren würden, würden sie nicht mit unserem Detektor interagieren“, erklärte Leney in dem Interview.
Der LHC brach einen Rekord, als er 13,6 Teraelektronenvolt erreichte, was 13,6 Billionen Elektronenvolt entspricht. Oben abgebildet ist ein Standbild aus dem offiziellen Neustartvideo für Lauf drei
Obwohl sie 26,8 Prozent aller Masse und Energie ausmacht, wissen wir sehr wenig über Dunkle Materie. Abgebildet ist eine visuelle Darstellung der Dunklen Materie im Universum
Während seiner Abschaltung wurden der Large Hadron Collider und alle seine begleitenden Detektoren umfassend aufgerüstet. Oben abgebildet feiern Wissenschaftler den Start von Lauf drei
Wissenschaftler werden analysieren, wie das Higgs-Boson mit anderen Teilchen interagiert. Oben abgebildet ist ein Teil des Large Hadron Collider
“Der einzige Weg, wie wir feststellen können, dass sie da sind, besteht darin, nach ihrer Abwesenheit im Detektor zu suchen.”
Trotz ihres Namens hat dunkle Materie keine finstere oder unappetitliche Konnotation. Es wird einfach so genannt, weil es nicht mit Photonen zu interagieren scheint – und diese Teilchen sind Lichttaschen – und es kann nicht gesehen werden.
Wenn das Higgs-Boson mit dunkler Materie wechselwirken würde, würde es auf andere Weise zerfallen, sodass Wissenschaftler dann untersuchen könnten, was passiert ist.
“Wir wissen aus Energieerhaltungsgesetzen, dass die Energie, die wir in einen Detektor stecken, gleich der Energie sein sollte, die wir bei einer Kollision abgeben”, sagte Leney.
“Wenn wir Energie hineingeben, aber nicht genug Zeug herauskommt, können wir sagen, dass es hier etwas anderes geben muss, um diese Energieerhaltungsgesetze nicht zu verletzen – und das könnte dann so etwas wie dunkle Materie sein.”
Leney untersucht speziell, wie das Higgs-Boson mit sich selbst interagiert und wie es Masse erzeugt, was als Schlüsselstück des Puzzles angesehen werden kann, das Wissenschaftler zusammensetzen.
Diese Arbeit wird ihnen Einblicke in Themen wie die Entstehung des Universums und sogar sein endgültiges Schicksal geben.
Vor zehn Jahren gaben Wissenschaftler des CERN bekannt, dass sie die Existenz des Higgs-Bosons nachgewiesen hatten.
Dieses Teilchen, das erstmals in den 1960er Jahren vom Physiker Peter Higgs vorgeschlagen wurde, ist im Wesentlichen die physikalische Manifestation des Higgs-Felds.
“Dieses Feld durchdringt das gesamte Universum – alles, was Masse hat, interagiert mit dem Higgs-Boson”, sagte Leney.
In der Zeit seit dem Ende des letzten Laufs vor einigen Jahren wurde die gesamte Ausrüstung des CERN, einschließlich der vier massiven Detektoren, aufgerüstet. Darüber hinaus können die Wissenschaftler mit Hilfe von Hightech-Computing und erheblichen Softwareverbesserungen eine große Datenmenge analysieren.
„Maschinelles Lernen hat für uns in den letzten Jahren alles verändert“, sagte Leney.
„Wenn wir die Daten aus dem Detektor auslesen, verwenden wir Techniken des maschinellen Lernens, um zu verbessern, wie gut wir verschiedene Arten von Partikeln identifizieren können, und dann verwenden wir sie auch, wenn wir die eigentlichen Analysen durchführen, um das, was wir tun, von anderen physikalischen Prozessen zu trennen .’
„Ich arbeite an der Suche nach Paaren von Higgs-Bosonen, was tausendmal seltener ist als die Produktion eines einzelnen Higgs-Bosons“, erklärte sie und fügte hinzu, dass maschinelles Lernen Wissenschaftlern dabei geholfen hat, Prognosen darüber zu übertreffen, wo sie vor einigen Jahren dachten, dass sie sein würden .
“Wir wollen 1,6 Milliarden Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde für die ATLAS- und CMS-Experimente liefern”, sagte Mike Lamont, Leiter der Beschleuniger- und Technologieabteilung des CERN, gegenüber AFP.
„Wir alle hoffen sehr, dass es etwas jenseits des Standardmodells gibt. Wir fangen gerade erst mit dieser Arbeit an “, betonte Leney gegenüber Daily Mail.