Der Large Hadron Collider (LHC), der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, wird ab dem 5. Juli damit beginnen, Protonen mit beispielloser Energie zusammenzuschlagen.
Wissenschaftler werden die Daten aufzeichnen und analysieren, was Hinweise auf eine „neue Physik“ geben soll – oder eine Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik, die erklärt, wie die Bausteine der Materie interagieren, die von vier fundamentalen Kräften bestimmt wird.
LHC
Der Large Hadron Collider ist eine komplexe riesige Maschine, die entwickelt wurde, um die Teilchen zu untersuchen, die die kleinsten bekannten Bausteine aller Dinge sind.
Strukturell handelt es sich um eine 27 km lange ringförmige Strecke, die 100 m unter der Erde an der schweizerisch-französischen Grenze vergraben ist. Im Betriebszustand schießt es in einem Ring aus supraleitenden Elektromagneten zwei Protonenstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen.
Das von den supraleitenden Elektromagneten erzeugte Magnetfeld hält die Protonen in einem schmalen Strahl und lenkt sie den ganzen Weg, während sie durch die Strahlrohre wandern und schließlich kollidieren.
„Kurz vor der Kollision wird eine andere Art von Magnet verwendet, um die Partikel nahe beieinander zu ‚komprimieren‘, um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zu erhöhen. Die Partikel sind so klein, dass die Aufgabe, sie zur Kollision zu bringen, so ist, als würde man zwei Nadeln schießen, die 10 Kilometer voneinander entfernt sind dass sie sich auf halbem Weg treffen“, so die Europäische Organisation für Kernforschung (ursprünglich Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire oder CERN auf Französisch), die den Teilchenbeschleunigerkomplex betreibt, in dem sich der LHC befindet.
Da die starken Elektromagnete des Large Hadron Collider ungefähr so viel Strom führen wie ein Blitz, müssen sie kühl bleiben. Der LHC verwendet ein Verteilungssystem für flüssiges Helium, um seine ultrakalten kritischen Komponenten bei -271,3 Grad Celsius zu halten, kälter als im interstellaren Raum. Angesichts dieser Anforderungen ist es nicht einfach, die Portalmaschine zu beheizen oder zu kühlen.
neuste Aktion
Drei Jahre nachdem der Collider für Wartungs- und Modernisierungsarbeiten abgeschaltet wurde, wurde der Collider im April wieder in Betrieb genommen. Dies ist die dritte Umlaufbahn des Large Hadron Collider und wird ab Dienstag vier Jahre lang rund um die Uhr mit einer beispiellosen Energie von 13 TeV laufen. (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.)
„Wir wollen 1,6 Milliarden Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde pro Sekunde liefern“ für die ATLAS- und CMS-Experimente, sagte Mike Lamont, Leiter der Abteilung Beschleuniger und Technologie am CERN, Mike Lamont. Diesmal werden die Protonenstrahlen auf weniger als 10 Mikrometer verengt – die Dicke eines menschlichen Haares beträgt etwa 70 Mikrometer – um die Kollisionsrate zu erhöhen, sagte er.
(ATLAS ist das größte Allzweckexperiment zur Teilchendetektion am LHC; das Compact Muon Solenoid (CMS)-Experiment ist eine der größten internationalen wissenschaftlichen Kooperationen in der Geschichte und hat die gleichen Ziele wie ATLAS, verwendet jedoch ein anderes Magnetsystemdesign. )
Frühere Läufe und die Entdeckung von „Gottesteilchen“
Vor zehn Jahren, am 4. Juli 2012, gaben Wissenschaftler des CERN der Welt die Entdeckung des Higgs-Bosons oder „Gottesteilchens“ während des ersten Betriebs des Large Hadron Collider bekannt. Diese Entdeckung beendete die jahrzehntelange Suche nach „krafttragenden“ subatomaren Teilchen und begründete die Existenz des Higgs-Mechanismus, einer Theorie, die Mitte der 1960er Jahre aufgestellt wurde.
Dies führte dazu, dass Peter Higgs und sein Mitarbeiter François Englert 2013 den Nobelpreis für Physik erhielten. 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 Large Hadron Collider (der zweite Lauf) begann 2015 und dauerte bis 2018. Die zweite Datenerfassungssaison produzierte fünfmal mehr Daten als der erste Lauf.
Runde 3 wird 20-mal mehr Kollisionen haben als Lauf 1.
neue Physik
Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons begannen Wissenschaftler, die gesammelten Daten als Werkzeug zu nutzen, um über das Standardmodell hinauszublicken, das derzeit die beste Theorie der grundlegenden Bausteine des Universums und ihrer Wechselwirkungen ist.
Wissenschaftler am CERN sagen, dass sie nicht wissen, was Run 3 enthüllen wird; Durch Kollisionen soll das Verständnis der sogenannten „dunklen Materie“ vorangetrieben werden.
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Es wird angenommen, dass dieses hoffnungsvolle, schwer zu entdeckende Teilchen den größten Teil des Universums ausmacht, aber es ist völlig unsichtbar, weil es kein Licht absorbiert, reflektiert oder emittiert.
„CERN-Wissenschaftler hoffen, dass es, wenn auch vorübergehend, in den Trümmern von Milliarden von Kollisionen entdeckt wird, genau wie das Higgs-Boson“, sagte Luca Malgiri, ein Wissenschaftler der Europäischen Organisation für Kernforschung, gegenüber Reuters.
