Zehn Jahre nach der Entdeckung des Higgs-Bosons steht der Large Hadron Collider kurz davor, Protonen mit beispiellosen Energieniveaus zusammenzuschlagen, um mehr Geheimnisse über die Funktionsweise des Universums zu enthüllen.
Der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt wurde im April nach einer dreijährigen Pause für Upgrades zur Vorbereitung seines dritten Laufs wieder in Betrieb genommen.
Ab Dienstag soll es fast vier Jahre lang rund um die Uhr mit einer Rekordenergie von 13,6 Billionen Elektronenvolt laufen, teilte die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) vergangene Woche auf einer Pressekonferenz mit.
Es wird zwei Strahlen von Protonen – Teilchen im Kern eines Atoms – in entgegengesetzte Richtungen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um einen 27 Kilometer langen Ring schicken, der 100 Meter unter der schweizerisch-französischen Grenze vergraben ist.
Die resultierenden Kollisionen werden von Tausenden von Wissenschaftlern im Rahmen einer Reihe von Experimenten aufgezeichnet und analysiert, darunter ATLAS, CMS, ALICE und LHCb, die die verbesserte Leistung nutzen werden, um dunkle Materie, dunkle Energie und andere grundlegende Geheimnisse zu untersuchen.
1,6 Milliarden Kollisionen pro Sekunde
„Wir streben an, 1,6 Milliarden Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde für die ATLAS- und CMS-Experimente zu liefern“, sagte CERNs Leiter für Beschleuniger und Technologie Mike Lamont.
Diesmal werden die Protonenstrahlen auf weniger als 10 Mikrometer verengt – ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick –, um die Kollisionsrate zu erhöhen, fügte er hinzu.
Die neue Energierate wird es ihnen ermöglichen, das Higgs-Boson weiter zu untersuchen, das der Large Hadron Collider erstmals am 4. Juli 2012 beobachtete.
Die Entdeckung revolutionierte die Physik teilweise, weil das Boson in das Standardmodell passte – die Mainstream-Theorie aller fundamentalen Teilchen, aus denen Materie besteht, und der Kräfte, die sie steuern.
Allerdings haben mehrere neuere Erkenntnisse Fragen zum Standardmodell aufgeworfen, und der neu aufgerüstete Collider wird sich eingehender mit dem Higgs-Boson befassen.
„Das Higgs-Boson steht im Zusammenhang mit einigen der grundlegendsten offenen Fragen in der heutigen Grundlagenphysik“, sagte CERN-Generaldirektorin Fabiola Gianotti, die die Entdeckung des Bosons erstmals vor einem Jahrzehnt bekannt gab.
Verglichen mit dem ersten Lauf des Colliders, bei dem das Boson entdeckt wurde, wird es diesmal 20-mal mehr Kollisionen geben.
„Dies ist eine signifikante Steigerung, die den Weg für neue Entdeckungen ebnet“, sagte Lamont.
Joachim Mnich, Leiter der Forschungs- und Computerabteilung des CERN, sagte, es gebe noch viel mehr über das Boson zu lernen.
„Ist das Higgs-Boson wirklich ein Elementarteilchen oder ein Komposit?“ er hat gefragt.
„Ist es das einzige existierende Higgs-ähnliche Teilchen – oder gibt es noch andere?“
„Neue Physiksaison“
Frühere Experimente haben die Masse des Higgs-Bosons sowie von mehr als 60 vom Standardmodell vorhergesagten zusammengesetzten Teilchen wie dem Tetraquark bestimmt.
Aber Gian Giudice, Leiter der Abteilung für theoretische Physik des CERN, sagte, die Beobachtung von Teilchen sei nur ein Teil der Arbeit.
„Die Teilchenphysik will nicht nur das Wie verstehen – unser Ziel ist es, das Warum zu verstehen“, sagte er.
Zu den neun Experimenten des Large Hadron Collider gehören ALICE, das die Materie untersucht, die in den ersten 10 Mikrosekunden nach dem Urknall existierte, und LHCf, das die Kollisionen nutzt, um kosmische Strahlung zu simulieren.
Nach diesem Lauf wird der Collider 2029 als High-Luminosity LHC zurückkehren und die Anzahl der nachweisbaren Ereignisse um den Faktor 10 erhöhen.
Darüber hinaus planen die Wissenschaftler einen Future Circular Collider – einen 100 Kilometer langen Ring, der Energien von satten 100 Billionen Elektronenvolt erreichen soll.
Aber jetzt warten die Physiker gespannt auf die Ergebnisse des dritten Laufs des Large Hadron Collider.
„Eine neue Physiksaison beginnt“, sagte CERN.
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