Der Large Hadron Collider (LHC) steigert seine Leistung erheblich. Leider muss für Fans der bahnbrechenden Physik das Ganze für zwei Jahre stillgelegt werden, während die Arbeit erledigt ist. Sobald es wieder betriebsbereit ist, wird es durch seine erweiterten Funktionen noch leistungsfähiger.
Die Essenz des Large Hadron Collider besteht darin, Partikel zu beschleunigen und sie dann dazu zu bringen, in Kammern miteinander zu kollidieren. Kameras und Detektoren werden auf diese Kollisionen geschult und die Ergebnisse werden bis ins kleinste Detail überwacht. Es geht darum, neue Partikel und neue Reaktionen zwischen Partikeln zu entdecken und zu beobachten, wie Partikel zerfallen.
Dieses Herunterfahren wird als Long Shutdown 2 (LS2) bezeichnet. Das erste Herunterfahren war LS1 und fand zwischen 2013 und 2015 statt. Während LS1 wurde die Leistung des Colliders verbessert, ebenso wie seine Erkennungsfähigkeiten. Das gleiche passiert während LS2, wenn die Ingenieure den gesamten Beschleunigerkomplex und die Detektoren verstärken und aufrüsten. Die Arbeiten sind in Vorbereitung auf den nächsten LHC-Lauf, der im Jahr 2021 beginnen wird. Sie sollen auch das Projekt mit dem Namen High-Luminosity LHC (HL-LHC) vorbereiten, das im Jahr 2025 beginnt.
Die Versuchsreihe zwischen LS1 und LS2 wird als zweiter Durchlauf bezeichnet und dauerte von 2015 bis 2018. Dieser Durchlauf führte zu beeindruckenden Ergebnissen und einer Menge Daten, die noch bearbeitet werden müssen. Laut CERN erzeugte der zweite Lauf 16 Millionen Milliarden Proton-Proton-Kollisionen bei einer Energie von 13 TeV (Tera-Elektronenvolt) und große Datensätze für Blei-Blei-Kollisionen bei einer Energie von 5,02 TeV. Dies bedeutet, dass im Datenarchiv des CERN 1.000 Jahre Video-Streaming rund um die Uhr gespeichert sind.
„Der zweite Lauf des LHC war beeindruckend…“ - Frédérick Bordry, CERN-Direktor für Beschleuniger und Technologie.
Der enorme Daten-Cache aus den Experimenten während des zweiten Laufs des LHC stellt die Daten aus dem ersten Lauf in den Schatten, und das alles, weil das Energieniveau des Colliders auf 13 TeV fast verdoppelt wurde. Es wird immer schwieriger, das Energieniveau eines Kolliders zu erhöhen, und bei dieser zweiten Abschaltung wird die Energie von 13 TeV auf 14 TeV erhöht.
"Der zweite Lauf des LHC war beeindruckend, da wir unsere Ziele und Erwartungen weit übertreffen konnten und mit der beispiellosen Energie von 13 TeV fünfmal mehr Daten als beim ersten Lauf produzierten", sagte Frédérick Bordry, CERN-Direktor für Beschleuniger und Technologie. „Mit dieser zweiten langen Abschaltung werden wir die Maschine auf noch mehr Kollisionen mit einer Auslegungsenergie von 14 TeV vorbereiten.“
In jeder Hinsicht war der LHC ein Erfolg. Für mehrere Jahrzehnte war die Existenz des Higgs-Bosons und des Higgs-Feldes die zentrale Frage in der Physik. Aber die Technologie und Technik, die erforderlich waren, um einen Collider zu bauen, der leistungsfähig genug war, um ihn zu finden, war einfach nicht verfügbar. Der Bau des LHC ermöglichte 2012 die Entdeckung des Higgs-Bosons.
„Das Higgs-Boson ist ein besonderes Teilchen…“ - Fabiola Gianotti, Generaldirektorin des CERN.
„Neben vielen anderen schönen Ergebnissen haben die LHC-Experimente in den letzten Jahren enorme Fortschritte beim Verständnis der Eigenschaften des Higgs-Bosons erzielt“, fügt Fabiola Gianotti, Generaldirektorin des CERN, hinzu. „Das Higgs-Boson ist ein spezielles Teilchen, das sich stark von den anderen bisher beobachteten Elementarteilchen unterscheidet. Seine Eigenschaften können uns nützliche Hinweise auf die Physik geben, die über das Standardmodell hinausgehen. “
Die Entdeckung des lang theoretisierten Higgs-Bosons ist die Krönung des LHC, aber nicht seine einzige. Viele Teile des Standardmodells der Physik waren vor dem Bau des LHC schwer zu testen. Es wurden Hunderte von wissenschaftlichen Arbeiten zu den Ergebnissen des LHC veröffentlicht und einige neue Partikel entdeckt, darunter die exotischen Pentaquarks und ein neues Partikel mit zwei schweren Quarks namens „Xicc ++“.
Nach den Upgrades in LS2 beginnt der dritte Lauf. Eines der Projekte im dritten Durchgang ist das High-Luminosity LHC (HL-LHC) -Projekt. Die Leuchtkraft ist eine der beiden Hauptüberlegungen bei Collidern. Die erste ist die Spannung, die während des LS2 von 13 TeV auf 14 TeV verbessert wird. Das andere ist die Leuchtkraft.
Leuchtkraft bedeutet eine erhöhte Anzahl von Kollisionen und damit mehr Daten. Da viele der Dinge, die Physiker beobachten möchten, sehr selten sind, erhöht eine höhere Anzahl von Kollisionen die Wahrscheinlichkeit, sie zu sehen. Im Jahr 2017 produzierte der LHC etwa drei Millionen Higgs-Bosonen pro Jahr, während der LHC mit hoher Leuchtkraft mindestens 15 Millionen Higgs-Bosonen pro Jahr produzieren wird. Dies ist wichtig, denn obwohl es eine große Leistung war, das Higgs-Boson zu entdecken, wissen immer noch viele Physiker nichts über das schwer fassbare Teilchen. Durch die Verfünffachung der Anzahl der produzierten Higgs-Bosonen werden die Physiker viel lernen.
"Die reiche Ernte des zweiten Laufs ermöglicht es den Forschern, nach sehr seltenen Prozessen zu suchen." - Eckhard Elsen, Direktor für Forschung und Informatik am CERN.
Alle am CERN gespeicherten Daten aus dem zweiten Lauf des LHC bedeuten, dass die Physiker während des LS2 beschäftigt sind. In dieser riesigen Datenmenge, die noch niemand gesehen hat, sind möglicherweise Dinge verborgen. Es wird keine Ruhe für die eifrige Armee der Teilchenphysiker der Menschheit geben.
"Die reiche Ernte des zweiten Durchgangs ermöglicht es den Forschern, nach sehr seltenen Prozessen zu suchen", sagte Eckhard Elsen, Direktor für Forschung und Datenverarbeitung am CERN. „Sie werden während des gesamten Herunterfahrens damit beschäftigt sein, die riesige Datenstichprobe auf mögliche Signaturen neuer Physik zu untersuchen, die nicht die Chance hatten, aus dem dominanten Beitrag der Standardmodellprozesse hervorzugehen. Dies wird uns in den HL-LHC führen, wenn die Datenprobe um eine weitere Größenordnung zunimmt. “
- CERN-Pressemitteilung: LHC bereitet sich auf neue Erfolge vor
- CERN-Pressemitteilung: Das LHCb-Experiment des CERN berichtet über die Beobachtung exotischer Pentaquark-Partikel
- CERN-Pressemitteilung: Das LHCb-Experiment ist entzückt, die Beobachtung eines neuen Partikels mit zwei schweren Quarks anzukündigen
- CERN-Webseite: LHC mit hoher Leuchtkraft
- CERN Pressemitteilung: Der LHC: Eine stärkere Maschine
- Wikipedia Eintrag: Higgs Boson
- CERN-Webseite: Das Standardmodell
