Large Hadron Collider bricht Weltrekord

1994 wurde vom CERN Council der Bau des Lagre Hadron Colliders im Tunnel des (damals noch aktiven) Large Electron-Positron Colliders (LEP) beschlossen. Im Jahre 2000 wurden der LEP und seine vier Detektoren abgebaut und mit dem Bau des LHC begonnen. Im LHC kollidieren Protonen bei den vier Detektoren ALICE, ATLAS, CMS und LHCb mit einer Energie von 14 TeV mit einer Rate von 40 MHz.

Die beiden universellen Detektoren ATLAS und CMS haben sich einem breiten Feld der Teilchenphysik verschrieben, wie etwa der Suche nach dem Higgs-Boson, der Supersymmetrie, oder der Physik der schweren Quarks Top und Bottom. Der LHCb Detektor widmet sich speziell der Untersuchung der CP Verletzung und damit der Frage, warum die baryonische Masse in unserem Universum aus Materie und nicht aus Anti-Materie besteht. Für das ALICE Experiment werden anstelle von Protonen Blei-Ionen zur Kollision gebracht, um ein Quark-Gluon-Plasma zu erzeugen. Dabei handelt es sich um einen Materiezustand, der nach aktueller Theorie die ersten wenigen Millionstel Sekunden nach dem Urknall vorgeherrscht hat.

Neustart des Large Hadron Colliders 2009

Am 10. September 2008 wurden im Large Hadron Collider am CERN erstmals Protonen durch den 27 km langen Tunnel beschleunigt. Aufgrund eines Kurzschlusses zwischen zwei Dipolmagneten wurde das Kühlsystem beschädigt, 2 Tonnen flüssiges Helium traten aus, verdampften und führten zu schweren Schäden in einem Bereich von etwa 100 m. Dieser schwerwiegenden Panne folgten mehrere Monate an Reparaturarbeiten, Verbesserungen an der Verkabelung und am Kühlsystem sowie intensiven Tests der Maschine.

Die einzelnen Abschnitte des LHC wurden dann bis zum 8. Oktober auf die Betriebstemperatur von 1.9° Kelvin (-271° Celsius) abgekühlt. Am Abend des 20. Novembers zirkulierten erstmals wieder Protonen bei einer Energie von 450 GeV im LHC im Uhrzeigersinn, wenige Stunden später folgte bereits der zweite Strahl entgegen dem Uhrzeigersinn. In dieser Phase wurden von allen vier Experimenten, ALICE, ATLAS, CMS und LHCb, sogenannte Splash-Ereignisse gemessen. Bei diesen Ereignissen werden Kollimatoren in der Nähe der Detektoren geschlossen, sodass der Teilchenstrahl mit dem Verschlussmaterial kollidiert und einen breit gefächerten Teilchenstrom im Detektor erzeugt. Diese Messungen erlauben eine korrekte Synchronisierung des Beschleunigers mit den Triggersystemen der jeweiligen Detektoren.

Weltrekord gebrochen

Nachdem die Lebensdauer eines einzelnen Protonstrahls auf 10 Stunden gesteigert werden konnte, liefen am 23. November erstmals zwei Protonenbündel gegenläufig durch den LHC. Um 14:22 Uhr konnte der ATLAS Detektor erfolgreich eine Kollision zwischen zwei Protonen detektieren. Nach erfolgreichen Teilchenkollisionen in allen vier Detektoren ist für die nächsten Wochen und Monate eine Erhöhung der Energie und der Luminosität sowie die Stabilisierung des Teilchenstrahls geplant. Im Rahmen dieser Erhöhung der Energie wurde am 29. November mit 1,18 TeV die symbolträchtige TeV Grenze überschritten und der LHC löste damit den bisherigen Rekordhalter Tevatron am Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL) bei Chicago ab. Erste Ergebnisse von Physikanalysen werden im ersten Quartal 2010 erwartet. Dann sollte der Beschleuniger bei einer Energie von 3,5 TeV je Strahl laufen, das sind 7 TeV im Schwerpunktsystem.

Am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck beschäftigt man sich vornehmlich mit den schwachen Zerfällen von B-Mesonen am ATLAS Experiment. Bisherige Messungen der B-Mesonen von CDF und D0 am Tevatron konnten weder Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik noch Mechanismen für CP Verletzung abseits des bekannten CKM Mechanismus entdecken. Die große Produktionsrate von B-Mesonen am LHC sowie seine hohe Luminosität versprechen tiefere Einblicke in diesen Bereich der Teilchenphysik. Weiters betreibt Innsbruck gemeinsam mit Wien einen Computercluster im Rahmen des Grid Computings, das den Physikern weltweit eine Analyse der Daten ermöglicht.

Passend zum Neustart des LHC wurde für den 2. Dezember eine Fortbildung für die AHS-Lehrer Tirols organisiert, zu der sich 17 TeilnehmerInnen angemeldet haben. Dieser Workshop steht unter dem Motto "Was machen denn die da am CERN?" und er soll ein besseres Verständnis der Methoden zur Erforschung der elementaren Bausteine unserer Welt vermitteln.

(ip)