Amped-Up Atom Smasher Sucht Nach Neuen Partikeln, Dunkler Materie

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Der weltgrößte partikelzerstörer, der large hadron collider am cern, wird zum zweiten mal in drei jahren wieder starten, doppelt so viel energie wie zuvor.

Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, der das lang ersehnte Higgs-Boson im Jahr 2012 bekanntermaßen entdeckt hatte, wird bald wieder beinahe doppelt so hoch sein wie beim ersten Durchlauf.

Nach einer zweijährigen Unterbrechungspause kann der Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) in der Schweiz im Mai Partikelkollisionen mit einer Energie von 13 Teraelektronenvolt (TeV) erzeugen. Im Vergleich zu den 8-TeV-Kollisionen bei früheren Operationen sagten Vertreter des CERN heute auf einer Pressekonferenz (12. März).

Durch den Blick auf diese Kollisionen mit höherer Energie hoffen die Forscher, über das Standardmodell der Teilchenphysik hinaus die herrschende Theorie zu sehen, die die grundlegenden Teilchen und deren Wechselwirkung beschreibt. Dies könnte das Auffinden anderer Higgs-Bosonen oder das Produzieren dunkler Materie, der geheimnisvollen Substanz, die etwa 85 Prozent der gesamten Materie im Universum ausmacht, beinhalten, so die Forscher. [Jenseits von Higgs: 5 schwer fassbare Teilchen, die im Universum lauern können]

"Wir begeben uns wieder in unerforschtes Terrain", sagte David Charlton, ein Sprecher von ATLAS, einem von zwei LHC-Experimenten, die im Juli 2012 Hinweise auf ein Teilchen mit den Eigenschaften des Higgs-Bosons fanden, ein Teilchen, das alle anderen Teilchen enthalten sollte ihre Masse

Der LHC besteht aus einem 27 Kilometer langen Ring aus supraleitenden Magneten, der die Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Der LHC erzeugt zwei Protonenstrahlen und kollidiert sie an vier Stellen innerhalb der Maschine. Um die Magnete supraleitend zu machen, werden sie mit flüssigem Helium auf minus 456,3 Grad Fahrenheit (minus 271,3 Grad Celsius) gekühlt, eine Temperatur, die kälter als der Weltraum ist.

In seiner ersten Betriebssaison, die von 2009 bis 2012 dauerte, konnte der LHC Kollisionen mit Energien von bis zu 8 TeV erzeugen. Die Entdeckung eines Higgs-artigen Partikels - dessen Existenzwissenschaftler lange theoretisiert hatten - trug zur Bestätigung des Standardmodells bei, das fast alle experimentellen Teilchenphysik erfolgreich erklärt hat. Um über dieses Modell hinauszuschauen und neue Physik zu entdecken, sind Kollisionen mit höherer Energie erforderlich.

Während seines zweijährigen Stillstands durchlief der LHC umfangreiche Wartungsarbeiten und Upgrades, sagte Frederick Bordry, Direktor für Beschleuniger und Technologie von CERN, auf der Pressekonferenz. Dazu gehörten die Stärkung der Verbindung zwischen den Magneten, die Verbesserung des Schutzes gegen Supraleitung (oder Löschung) der Magnete, die Verbesserung des Strahlenschutz- und Kühlsystems und die Verdoppelung der Anzahl von "Bündeln" von Protonen, die in den Kollider injiziert werden, um mehr Kollisionen zu erzeugen Sagte Bordry.

Am Wochenende führten Techniker den ersten Test durch, um Teilchenstrahlen in den LHC zu injizieren. Der Collider wird innerhalb von zwei Wochen einsatzbereit sein, aber es wird ungefähr zwei Monate dauern, bis der LHC die ersten Kollisionen für die Physik erreicht, sagte Ralph Heuer, Generaldirektor von CERN. [Verrückte Physik: Die coolsten kleinen Teilchen der Natur]

Inzwischen können Forscher es kaum erwarten, nach neuer Physik zu suchen.

Einer ihrer Schwerpunkte wird das Higgs-Boson sein. Wissenschaftler möchten zum Beispiel sehen, ob die Partikel auf unerwartete Weise zerfallen und ob es andere Higgs-Bosonen gibt.

"In Familien mit nur einem Kind verhält sich das Kind völlig anders als in einer Familie mit 10 Kindern", sagte Heuer. Wenn sich herausstellt, dass der Higgs einer von vielen ist, hat er andere Eigenschaften als das Standardmodell, und "Wir haben eine Ahnung, wohin wir gehen sollen", fügte Heuer hinzu.

Ein weiterer Bereich, den der aufgerüstete LHC untersuchen kann, ist dunkle Materie, die noch nicht direkt erkannt wurde. Dies sei einer der Schwerpunkte von CMS, dem anderen Experiment, das Beweise für die Higgs gefunden habe, sagte CMS-Sprecher Tiziano Camporesi. Einsteins berühmte Gleichung E = mc ^ 2 besagt, dass Masse Energie entspricht. "Wenn wir also einen neuen Zustand der Materie erzeugen wollen, brauchen wir die Energie, um sie herzustellen", sagte Camporesi.

Zusätzlich zu den Higgs und der dunklen Materie könnte der LHC den Wissenschaftlern einen Einblick in die Bedingungen unmittelbar nach dem Urknall geben. ALICE, ein weiteres LHC-Experiment, wird jetzt in der Lage sein, Bedingungen zu untersuchen, die "noch heißer, noch länger und noch heftiger" sind als zuvor, sagte der ALICE-Sprecher Johannes Wessels heute.

Während der gesamten Pressekonferenz wiederholten die Wissenschaftler immer wieder den Satz "Wenn die Natur zu uns gütig ist". Aber was passiert, wenn die Forscher nichts finden?

Auch wenn der LHC keine neuen Partikel findet, könnten sich dennoch Daten sammeln, die die Genauigkeit seiner Messungen verbessern, so die Forscher.

"Wenn wir etwas nicht direkt finden, können wir indirekt etwas finden", sagte Heuer.

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