Zehn Jahre nach der Entdeckung des Higgs-Bosons wird der Large Hadron Collider damit beginnen, Protonen mit beispiellosen Energieniveaus zusammenzuschlagen, um mehr Geheimnisse über die Funktionsweise des Universums zu lüften. Der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt wurde im April nach einer dreijährigen Pause für Upgrades in Vorbereitung auf seinen dritten Start neu gestartet.
Ab heute wird es für fast vier Jahre rund um die Uhr mit einer Rekordenergie von 13,6 Billionen Elektronenvolt betrieben, gab die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) vergangene Woche auf einer Pressekonferenz bekannt.
Es wird zwei Strahlen von Protonen – Teilchen im Kern eines Atoms – in entgegengesetzte Richtungen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit entlang eines 27 Kilometer langen Rings schicken, der 100 Meter unter der schweizerisch-französischen Grenze vergraben ist.
Die resultierenden Kollisionen werden von Tausenden von Wissenschaftlern in einer Reihe von Experimenten aufgezeichnet und analysiert, darunter ATLAS, CMS, ALICE und LHCb, die die erhöhte Leistung nutzen werden, um dunkle Materie, dunkle Energie und andere grundlegende Geheimnisse zu untersuchen. "Wir planen, 1,6 Milliarden Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde für die ATLAS- und CMS-Experimente bereitzustellen", sagte Mike Lamont, Leiter der CERN-Abteilung für Beschleuniger und Technologie.
Diesmal werden die Protonenstrahlen auf weniger als 10 Mikrometer eingeengt – die Dicke eines menschlichen Haares beträgt etwa 70 Mikrometer – um die Kollisionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die neue Energiegeschwindigkeit wird es ihnen ermöglichen, das Higgs-Boson weiter zu untersuchen, das am 4. Juli 2012 erstmals vom Large Hadron Collider entdeckt wurde.
Die Entdeckung revolutionierte die Physik zum Teil, weil das Boson dem Standardmodell entsprach, der grundlegenden Theorie aller fundamentalen Teilchen, aus denen Materie besteht, und der Kräfte, die sie steuern. Mehrere kürzliche Entdeckungen haben das Standardmodell jedoch in Frage gestellt, und ein neuer, verbesserter Collider wird eine tiefere Untersuchung des Higgs-Bosons ermöglichen. Im Vergleich zum ersten Start des Colliders, auf dem das Boson entdeckt wurde, wird es diesmal 20-mal mehr Kollisionen geben. Frühere Experimente haben die Masse des Higgs-Bosons sowie von mehr als 60 vom Standardmodell vorhergesagten Teilchen wie dem Tetraquark bestimmt.
Zu den neun Experimenten des LHC gehören ALICE, das die Materie untersucht, die in den ersten 10 Mikrosekunden nach dem Urknall existierte, und LHCf, das Kollisionen verwendet, um kosmische Strahlung zu modellieren.
Außerdem planen Wissenschaftler bereits den zukünftigen Circular Collider – einen 100 Kilometer langen Ring, dessen Ziel es ist, eine Energie von 100 Billionen Elektronenvolt zu erreichen. Aber jetzt warten die Physiker gespannt auf die Ergebnisse des dritten Starts des Large Hadron Collider.
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