LHC: Kollision von Teilchenstrahlen mit Rekordenergie (U)

Probleme an Magneten am Vormittag. Nach Problemen an den supraleitenden Magneten an Vormittag ist es den Wissenschaftlern am Cern am Mittag gelungen, Teilchenstrahlen im Large Hadron Collider kollidieren zu lassen. Die Strahlen prallten mit einer Energie von 7 Teraelektronenvolt (TeV) aufeinander. Es war die erste künstlich herbeigeführte Teilchenkollision mit einer solchen Energie.

30. März 2010 um 13:41 Uhr / Werner Pluta

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Am heutigen Dienstag haben die Wissenschaftler am europäischen Kernforschungszentrum Cern erstmals Teilchenstrahlen mit einer Energie von 7 Teraelektronenvolt (TeV) im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) kollidieren lassen.

Kollision am Mittag

CERN – Animation: Kollision von zwei Protonenstrahlen im LHC-Experiment CMS (00:12)

Um 13:06 Uhr prallten zwei Teilchenstrahlen(öffnet im neuen Fenster) , die jeweils eine Energie von 3,5 TeV hatten, in der 27 km lange Röhre unter dem schweizerisch-französischen Grenzgebiet bei Genf aufeinander. Alle vier Experimente registrierten Teilchenkollisionen. "Die Natur macht das dauernd mit kosmischen Strahlen (und mit höherer Energie), aber das ist das erste Mal, dass das im Labor passiert ist" , jubelten die Wissenschaftler über den Twitter-Feed des Cern(öffnet im neuen Fenster) . Die Kollision der Teilchen, die beinahe mit Lichtgeschwindigkeit (99,9999991 Prozent) aufeinanderprallen, simuliert die Situation, die nach dem Hundertstel einer Milliardstel Sekunde nach dem Urknall herrschte. Dies sei der Beginn einer neuen Ära der Teilchenphysik, kommentierte Cern-Chef Rolf-Dieter Heuer, der live aus Japan, wo er sich gerade aufhält, zugeschaltet war.

Bild 1/95: Lage des LHC und der vier Experimente bei Genf (Bild: CERN)

Bild 4/95: Supraleitende Magnete im Tunnel. Die Magnete krümmen den Teilchenstrahl (Foto: CERN)

Bild 7/95: In dem 27 km langen Tunel fahren die Techniker mit dem Fahrrad (Foto: CERN)

Bild 9/95: In dem 27 km langen Tunnel fahren die Techniker mit dem Fahrrad (Foto: CERN)

Bild 10/95: Test der Magnete (Foto: CERN)

Bild 12/95: Ein Magnet vor dem Einbau (Foto: CERN)

Bild 14/95: Ein Magnet wird in den Tunnel hinabgelassen (Foto: CERN)

Bild 16/95: Die ersten Magnete werden miteinander verbunden (Foto: CERN)

Bild 18/95: Teile des kryogensichen Systems des CERN (Foto: CERN)

Bild 20/95: Teile des kryogenischen Systems des CERN (Foto: CERN)

Bild 21/95: Montage der supraleitenden Magnete (Foto: CERN)

Bild 23/95: Blick ins Kontrollzentrum, das Gehirn des CERN (Foto: CERN)

Bild 25/95: Das Experiment Atlas (Foto: CERN)

Bild 27/95: Das Experiment Atlas im Bau (Foto: CERN)

Bild 31/95: Einer der Detektoren von Atlas (Foto: CERN)

Bild 33/95: Einbau von Elementen des Atlas-Experimentes (Foto: CERN)

Bild 35/95: Einbau von Elementen des Atlas-Experiments (Foto: CERN)

Bild 36/95: Muon-Kammer des Atlas. Darin sollen der Weg und die Energie von Muonen registriert werden (Foto: CERN)

Bild 38/95: Kalorimeter von Atlas (Foto: CERN)

Bild 42/95: Das Experiment CMS (Foto: CERN)

Bild 44/95: Das Experiment CMS kurz vor der Schließung (Foto: CERN)

Bild 46/95: Das Experiment CMS im Bau (Foto: CERN)

Bild 52/95: Das Experiment Alice mit geschlossenen ... (Foto: CERN)

Bild 54/95: ... und offenen Magnettüren (Foto: CERN)

Bild 56/95: Das Experiment Alice im Bau (Foto: CERN)

Bild 58/95: Der Muon-Spektrometer von Alice (Foto: CERN)

Bild 60/95: Spurendriftkammer von Alice (Foto: CERN)

Bild 63/95: Die Kaverne des LHCb (Foto: CERN)

Bild 65/95: Die Kaverne des CMS im Bau (Foto: CERN)

Bild 67/95: Die Kaverne des Atlas im Bau (Foto: CERN)

Bild 69/95: Simuliertes Higgs-Ereignis: Ein Higgs-Boson entseht aus der Kollision zweier Protonen... (Bild: CERN)

Bild 71/95: Simuliertes Higgs-Ereignis: Ein Higgs-Boson entsteht aus der Kollision zweier Protonen... (Bild: CERN)

Bild 72/95: ... und zerfällt in Sekundenbruchteilen in vier Muonen (Bild: CERN)

Bild 74/95: Aufbau des Atlas (Bild: CERN)

Bild 76/95: So könnte die Erzeugung eines Schwarzen Loches im Atlas-Experiment aussehen (Bild: CERN)

Bild 78/95: So könnte die Erzeugung eines Schwarzen Lochs im Atlas-Experiment aussehen (Bild: CERN)

Bild 79/95: Schwarzes Loch im Atlas: Kritiker fürchten den Weltuntergang (Bild: CERN)

Bild 81/95: Schwarzes Loch im Atlas: Kritiker fürchten den Weltunergang (Bild: CERN)

Bild 82/95: Simulation der Registrierung eines Z-Bosons im CMS (Bild: CERN)

Bild 84/95: Simulation der Regsiteiorung eines Z-Bosons im CMS (Bild: CERN)

Bild 85/95: Simulation der Entstehung und des Zerfalls eines Higgs-Teilchens im Experiment CMS (Bild: CERN)

Bild 87/95: Simulation der Kollision von Bleiionen in Alice (Bild: CERN)

Bild 91/95: Simulation eines Ereignisses im Experiment LHCb (Bild: CERN)

Bild 93/95: Rolf-Dieter Heuer, designierter Chef des CERN (Foto: DESY)

Bild 95/95: Rolf-Dieter Heuer, Chef des CERN (Foto: DESY)

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Ganz reibungslos war der Versuch jedoch nicht abgelaufen: Am Morgen hatte eine Störung die Kollision zunächst verhindert. In der Nacht waren Strahlen mit einer Energie von je 2,5 TeV durch den LHC gekreist, ohne dass es zu einer Kollision kam. Als die Wissenschaftler begannen, ihre Energie zu erhöhen, gingen die Strahlen verloren, bevor sie die volle Energie von je 3,5 TeV erreichten. Gleichzeitig trat etwa 5 Minuten lang ein Geräusch auf, das auf eine Störung in dem System hinwies. Cern-Chef Heuer sagte, dass solche Fehler bei einer so komplexen Maschine wie dem LHC völlig normal seien. Er habe nie erwartet, dass eine Kollision gleich beim ersten Mal klappen werde, so Heuer.

Probleme am Vormittag

Wie sich im Laufe des Vormittags herausstellte, handelte es sich um ein Problem an den magnetischen Kopplungen(öffnet im neuen Fenster) im LHC und dem Super Proton Synchrotron (SPS), der als Vorbeschleuniger für den LHC dient. Daraufhin sprang das Quench Protection System (QPS) an und fuhr die supraleitenden Magnete herunter. Das System musste erst neu gestartet werden, bevor neue Teilchenstrahlen auf die Reise geschickt werden konnten. Das QPS war im vergangenen Jahr installiert worden, um einen Schaden an dem Teilchenbeschleuniger, wie er im September 2008 aufgetreten war, zu verhindern.

Energie-Weltrekord am Cern am 19. März (02:10)

Im Dezember hatte die Cern-Wissenschaftler bereits einen Weltrekord aufgestellt, als sie Teilchen mit einer Energie von 2,36 TeV kollidieren ließen. Die daraus gewonnenen Daten wurden dazu genutzt, die Experimente zu kalibrieren. Am 19. März 2010 ließen sie dann erstmals einen Strahl mit einer Energie von 3,5 TeV durch den LHC kreisen. Der LHC ist zwar für die doppelte Energie ausgelegt. Wegen der Probleme, die 2008 auftraten, wird der LHC jedoch einstweilen mit der halben Kraft betrieben.

Weltuntergangsszenario

Kürzlich hatte eine in Zürich lebende Deutsche versucht durchzusetzen, dass die Bundesregierung die Versuche am LHC stoppt. Das Bundesverfassungsgericht wies das von der Klägerin heraufbeschworene Weltuntergangsszenario jedoch als unbegründet ab.

Der LHC ist der derzeit leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt. Von dort durchgeführten Experimenten versprechen sich die Teilchenphysiker Antworten auf grundlegende Fragen über das Universum . Ein wichtiges Ziel ist der Nachweis des Higgs-Bosons. Benannt ist es nach dem schottischen Physiker Peter Higgs, der die Existenz dieses subatomaren Teilchens in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts vorhergesagt hatte. Bislang konnte es jedoch noch nicht nachgewiesen werden. Die Teilchenphysiker messen diesem Teilchen eine große Bedeutung bei. Mit seiner Hilfe wollen sie erklären, woher Elementarteilchen ihre Masse bekommen.