WikiDer > Large Hadron Collider
Das Large Hadron Collider, 'groß HadronenCollider' (abgekürzt LHC) ist ein Untergrund Partikelbeschleuniger gebaut auf dem Französisch-schweizerisch Grenze in der Nähe Genf. Der LHC befindet sich in einem Ringtunnel mit 27 km Umfang in einer Tiefe von 50 bis 175 Metern und ist das größte von Menschenhand geschaffene Gerät Physik recherchieren über Elementarteilchen machen. Der LHC wurde gebaut von CERN und wurde am 10.09.2008 erstmals in Betrieb genommen.[1][2]
Der LHC ist derzeit der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger, aber es gibt noch schwerere und leistungsstärkere Maschinen auf dem Reißbrett, wie den ILC (Internationaler Linear Collider).
Benutzen
Mit dem LHC werden Protonen beschleunigt auf 99.999 996 4%[3] des Lichtgeschwindigkeit, gefolgt von einer Kollision. Wissenschaftler versuchen, mithilfe verschiedener Detektoren, die um die Röhre herum angeordnet sind, alle möglichen Informationen aus dieser Kollision zu extrahieren. Zunächst werden Protonen beschleunigt und in entgegengesetzte Richtungen kollidiert, mit einer Energie von 3,5 TeV (3,5 Billionen .). Elektronenvolt), also zusammen 7 TeV. Später schwerere Partikel wie Bleikerne Kollision mit Energien von mehr als 2 TeV (2 Billionen eV). Das wichtigste Teilchen, nach dem man sucht, ist das Higgs-Partikel. Diese boson muss das erklären Masse von Teilchen und die Grundlage der Standardmodell der Teilchenphysik Formen. Das Standardmodell sagt voraus, dass für die Energien, die der LHC erreichen kann, ein Mechanismus vorhanden sein muss, der verhindert, dass die Energien bestimmter Teilchen ins Unendliche gehen. Das Standardmodell selbst verfügt dafür über den Higgs-Mechanismus. Im Jahr 2012 wurde mit Hilfe des LHC die Existenz der Higgs-Boson Bestätigt.
Welche anderen Ergebnisse der LHC produzieren wird, ist schwer vorherzusagen. Der LHC kann zu (noch unerwarteten) Entdeckungen führen, insbesondere im Hinblick auf die Funktionsweise der Schwere und die Existenz von möglichen unsichtbaren Maße. Vielleicht sogar winzig Schwarze Löcher erfahren, die nach der Theorie von Stephen Hawking würde sofort verdampfen. Dann mehrere andere kosmologische Theorien, wie verschiedene Varianten der Stringtheorie, kann getestet werden.
Geschichte
Bauen
Der LHC ist der Nachfolger des Large Electron-Positron Collider (LEP) und wurde in dem Tunnel gebaut, in dem die LEP zuerst stand, mit einem Umfang von 27 km. Der Bau dauerte etwa acht Jahre und kostete sechs Milliarden Euro. Die Niederlande ist einer der mitgliedstaaten der CERN und beteiligt sich am Projekt. Es stellt 4,5% oder 27,8 Millionen Euro der jährlichen Einnahmen des CERN dar. Für den Nachweis der Teilchen, die bei den hochenergetischen Kollisionen der beschleunigten Protonen entstehen und anschließend zerfallen, werden fünf große Detektoren gebaut, zwei für allgemeine Zwecke (ATLAS und CMS) und drei für spezifischere Experimente.
Die technologischen Anforderungen an die Genauigkeit und Sicherheit der Geräte während der Experimente sind sehr hoch: Die supraleitendMagnete enthalten eine große Menge an Energie (10 GigaJoule bei einem Magnetfeld von 6,33 Tesla), sowie das Bündel der beschleunigten Teilchen (725 Megajoule) - ein einzelnes beschleunigtes Proton würde a kinetische Energie ähnlich denen einer fliegenden Mücke haben, was für ein subatomares Teilchen fast unvorstellbar ist. Die durch den Verlust eines Zehnmillionstels der Strahlenergie freigesetzte Energie reicht aus, um einen Magneten aus dem supraleitenden Temperaturbereich zu heben, der die im Magneten gespeicherte Energie explosionsartig in Wärme. Die kolossalen, tonnenschweren Magnete werden daher mit einer Genauigkeit von etwa einem Millimeter platziert.
Testphase und Inbetriebnahme
Im Jahr 2008 wurden umfangreiche Tests durchgeführt, als das System schrittweise auf 1,9 abgekühlt wurde k (−271,4 °C). Schließlich wurde der LHC am 10. September 2008 in Betrieb genommen, wobei ein Protonenstrahl den gesamten Ring umkreiste.[2]
Aufgrund eines Fehlers bei zwei Verschweißungen der elektrischen Verbindungen kam es am 19. September 2008 zu einer Störung zwischen zwei Magneten, wodurch ein elektrisches Lichtbogen ist der entstanden Heliumleitung durchbohrt. Durch das so entstandene Leck gingen Tausende Liter Helium mit einem Gewicht von sechs Tonnen verloren und die dabei auftretende Explosionskraft beschädigte die mit flüssigem Helium gekühlten Magnete. Um Reparaturen durchführen und die 53 defekten Magnete austauschen zu können, mussten alle Magnete langsam aufgewärmt und dann langsam abgekühlt werden, bevor die Maschine wieder eingesetzt werden konnte.
Die offizielle Eröffnung fand am 21. Oktober 2008 im Beisein von Politikern, Wissenschaftsministern der 20 Mitgliedsstaaten des CERN und vielen Wissenschaftlern statt.
Im Juli 2009 kam es aufgrund der Entdeckung von zwei weiteren Lecks zu einer weiteren Verzögerung im Bergungsprozess. Der Neustart wurde erneut bis Mitte November 2009 verschoben.[4]
Auf 20. November2009 der LHC wurde neu gestartet und Partikel wurden injiziert, die ein Energieniveau von 3,5 . erreichten TeV wurden beschleunigt. Nach zehn Tagen, am 30. November 2009, ist die Performance des US Tevatron übertroffen und der LHC zum leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger.
Am Dienstag, 30. März 2010, um 13:06 Uhr MESZ wurden die ersten Tests durch Kollision der Protonen durchgeführt. Zwei Protonenstrahlen wurden jeweils auf 3,5 Tera-Elektronenvolt beschleunigt und kollidierten mit einem kombinierten Energieniveau von 7 TeV. Nie zuvor wurden Protonen mit so hoher Energie erzeugt. "Wir treten in ein neues Zeitalter der Physik ein", sagte CERN.[5]Die Protonenkollisionen wurden am 4. November 2010 und am 8. November, wurde Bleiionen kollidierten miteinander. Dies führte zu Temperaturen über 10.000 Milliarden Grad.[6] Dichte und Temperatur waren die höchsten, die jemals in einem Experiment erreicht wurden Nach diesen Experimenten mit Schwerionen wurden wieder Protonenexperimente gestartet. Der am 20. November 2009 in Betrieb genommene LHC sollte bereits 2012 für eine Aufrüstung von bis zu 7 TeV auf bis zu 14 TeV stillgelegt werden. Aufgrund der Entdeckung der Higgs-Partikel im Juli 2012 und der notwendigen Untersuchung wurde diese geplante Stilllegung jedoch auf den 13. Februar 2013 verschoben.
Das Upgrade umfasste Verbesserungen an den Detektoren und Beschleunigern, den Austausch des Kühlsystems und der Verkabelung. Im Juni 2014 wurde mit der Kühlung und Neujustierung der Magnete begonnen, die im März 2015 abgeschlossen wurde.
Die Betriebstests begannen am 5. April 2015 und erreichten ein Energieniveau von 13 TeV. Ein zweiter Untersuchungszeitraum begann am 3. Juni 2015. Back wurde hauptsächlich für Protonenkollisionen mit dazwischenliegenden Jahresperioden von 1 Monat für Bleiionenkollisionen und einer Winterpause gewählt.
Über ein sehr schnelles Netzwerk kann die petaBits Daten, die die Detektoren täglich generieren (mehr als 570 teraByte pro Sekunde[7]) verteilt auf die verschiedenen Forschungsgruppen auf der ganzen Welt. Die voraussichtliche Betriebszeit des LHC wird auf 20 Jahre geschätzt, aber in dieser Zeit finden auch regelmäßige Upgrades statt.
Schneller als das Licht?
sehen CERN Neutrinos nach Gran Sasso für den Hauptartikel zu diesem Thema.Auf 22. September2011 CERN gab bekannt, dass mehrere hochenergetische Myon-Neutrino's, die von Genf in einem Labor in Gran Sasso . 730 Kilometer entfernt Italien abgefeuert würden, wären 60 Nanosekunden schneller gereist als masselose Teilchen, die mit dem Lichtgeschwindigkeit bewegen. Wissenschaftler wollten das Experiment in anderen Teilchenbeschleunigern wie in Amerika und Japan wiederholen, um zu sehen, ob sich hochenergetische Myon-Neutrinos tatsächlich einen Bruchteil schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen. Wenn das der Fall gewesen wäre, einige wichtige physikalische Theorien, einschließlich EinsteinsRelativitätstheorie, teilweise gegen das Licht gehalten. Im Frühjahr 2012 gab es Hinweise darauf, dass ein defektes Glasfaserkabel die Ursache für die fehlerhaften Messdaten war.
Kontroverse
Eine leichte Kontroverse entstand, als behauptet wurde, es sei theoretisch möglich, dass die enormen Energien des LHC subatomarSchwarze Löcher, und auch "seltsame Angelegenheitdas könnte theoretisch großen Schaden anrichten.[8]
Die Risiken dieser bisher unerforschten Experimente wurden jedoch von mehreren Parteien untersucht, einschließlich einer Gruppe unabhängiger Wissenschaftler[9] und eine Studie im Auftrag von CERN selbst.[10][11] Es wurde der Schluss gezogen, dass die Wahrscheinlichkeit für solche Vorkommnisse vernachlässigbar ist und die Kollisionen der Partikel keine plausible Gefahr darstellen.
Jedes Weltuntergangsszenario im LHC kommt nicht in Frage, da die im LHC erzeugten physikalischen Bedingungen und Ereignisse auch im Universum natürlich vorkommen und normalerweise mit astronomisch hoher Energie, die mit keinem menschlichen Instrument erreichbar ist, ohne gefährliche Folgen. Zum Beispiel die kosmische Strahlung, das in der Regel eine größere Energie hat, als mit dem LHC erzeugt werden kann und die während der gesamten Existenz der Erde täglich auf die äußeren Schichten der Atmosphäre trifft, hat noch nicht zu einer Katastrophe geführt.[10]
Externer Link
 | Mediendateien zu diesem Thema finden Sie auf der Seite Large Hadron Collider auf Wikimedia Commons. |