Neustart: Mit dem Large Hadron Collider (LHC) wird wieder geforscht

Drei Jahre dauerte die Umbaupause des Large Hadron Collider (LHC) des CERN in der Schweiz. Nun läuft der größte Teilchenbeschleuniger der Welt wieder, und in ihm sind dank der Modernisierung mehr und energiereichere Teilchenkollisionen als bisher möglich. Außerdem wurden die vier großen Detektoren optimiert, sodass sie nun Hinweise auf Abweichungen vom Standardmodell erhörten könnten. Es wurden außerdem zwei neue Detektoren hinzugefügt, mit denen Forscher:innen nun gezielt nach Teilchen der Dunklen Materie suchen können.

Large Hadron Collider at CERN — The Large Hadron Collider/ATLAS at CERN, Image Editor, Flickr, CC BY-SA 2.0

Weltmaschine LHC

Der Teilchenbeschleuniger LHC ist seit 2008 in Betrieb und beschleunigt in seinem 27 Kilometer großem Ring Protonen und Atomkerne auf Rekordenergien, um sie dann zusammenstoßen zu lassen. 2012 konnte dank des LHC das Higgs-Boson nachgewiesen werden. Seitdem kamen aber zur Enttäuschung vieler Physiker:innen keine weiteren großen Entdeckungen hinzu, obwohl in der zweiten Laufzeit die Leistung des LHC verdoppelt wurde.

In den letzten Jahren konnten Wissenschaftler:innen, die mit dem LHC arbeiteten, allerdings vermehrt Hinweise dafür sammeln, dass es Teilchen und Kräfte gibt, die nicht vom etablierten Standardmodell der Teilchenphysik erfasst werden – so konnten zum Beispiel Anomalien beim Zerfall des B-Mesons erkannt werden.

Dritte Laufzeit beginnt im Sommer

Nach der drei Jahre dauerten Umbauphase lief der Large Hadron Collider am 22. April wieder. Erstmals konnten wieder Protonen in dem Beschleunigerring zirkulieren. „ Noch enthielten diese Teilchenstrahlen relativ wenige Protonen und erreichten nur niedrige Energien. Aber diese ersten Strahlen markieren den erfolgreichen Neustart des Beschleunigers nach all der harten Arbeit des Long Shutdown„, so Rhodri Jones, Leiter der LHC-Strahlenkontrolle. Im Laufe der nächsten Monate will das LHC-Team die Energien nun langsam weiter erhöhen und die Bauteile auf ihre Funktion testen, bis dann im Sommer die dritte Laufzeit des LHC beginnt. Diese ist auf vier Jahre ausgelegt.

Auf der Jagd nach Dunkler Materie

In der Umbauphase wurden sowohl am Beschleuniger selber als auch an den vier Detektoren Veränderungen vorgenommen. So wurden etwa mehrere supraleitende Magnete am Collider selber ausgetauscht, das Kühlsystem optimiert sowie die zuführenden Ringbeschleuniger aufgerüstet.

Der LHC erreicht nun eine Kollisionsenergie von 13,4 Teraelektronenvolt, was einen neuen Rekordwert darstellt. Aber auch die Menge und Dichte der Protonen im Ring konnte stark erhöht werden, was in einer höheren Kollisionsanzahl resultiert.

Außerdem haben die vier Hauptexperimente am LHC neue Sensoren und Analysetechnologien erhalte, die insgesamt für eine höhere Auflösung und Sensitivität sorgen. Hinzu kommen zwei neue Experimente: Das Forward Search Experiment (FASER), das besonders leichte und schwach wechselwirkende Teilchen erkennen soll, zu denen unter anderem die lange gesuchten Teilchen der Dunklen Materie gehören könnten, sowie der Scattering and Neutrino Detector (SND@LHC), der Neutrinos detektieren kann, die in größerem Winkel von den Teilchenkollisionen ausgehen. Die beiden neuen Experimente geben Anlass zur Hoffnung, dass mit ihnen die Suche nach Teilchen der Dunklen Materie deutlich erfolgsversprechender verlaufen kann.

via CERN