Im Jahr 2008 schalteten die Physiker außerhalb von Genf den Large Hadron Collider (LHC) ein, den weltweit größten Teilchenbeschleuniger und das teuerste wissenschaftliche Experiment, das jemals entwickelt wurde. Die Kosten und das Warten haben sich für viele gelohnt. Im Jahr 2012 entdeckte die massive Maschine das Higgs-Boson und verifizierte damit das letzte wichtige Teil des Standardmodells der Physik. Forscher wissen jedoch, dass das Standardmodell nicht vollständig ist, da es Dinge wie die Schwerkraft und die Dunkle Materie ignoriert. Aus diesem Grund wurde am Freitag mit dem Bau eines größeren Upgrades für den LHC begonnen, berichtet Ian Sample von The Guardian, und wenn er 2026 fertiggestellt ist, kann der leistungsstärkere Beschleuniger das Standardmodell einfach in Stücke sprengen oder zumindest ein paar hinzufügen Falten auf die Theorie.
Die Teilchenphysik ist eine der komplizierteren Wissenschaften. Die meisten Menschen mit einem Semester Chemie verstehen, dass Atome aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen. Aber es gibt noch viel mehr - Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks, die von Gluonen, einer von mehreren Arten von Bosonen, zusammengehalten werden. Andere Elementarteilchen - von denen die Forscher nicht glauben, dass sie weiter unterteilt werden können - umfassen sechs Arten von Leptonen und Higgs, die als Skalarbosonen bekannt sind. Dann gibt es Dutzende von Teilchen, die aus diesen Elementarteilchen bestehen, einschließlich Hadronen, die aus Quarks und Gluonen bestehen, und Mesonen, die aus einem Quark und einem Anti-Quark bestehen.
Während die Wissenschaft hinter den Partikeln schwierig ist, ist es einfach zu verstehen, wie Wissenschaftler neue Partikel finden oder die Existenz theoretischer Partikel bestätigen - sie zerschlagen sie und betrachten die Teile. Laut BBC funktioniert der LHC im Wesentlichen so - Forscher schießen zwei Teilchenstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um einen fast 27 Kilometer langen Ring. Diese Strahlen, die von starken Magneten geführt werden, werden dann gekreuzt, wodurch die Teilchen ineinander zerschlagen und in elementare Stücke zerbrechen, die einen Bruchteil einer Sekunde lang halten. Sehr empfindliche Detektoren erfassen die schnellen Blitze dessen, was unser Universum ausmacht.
Die BBC meldet, dass das neue Upgrade als High-Luminosity-LHC bezeichnet wird und die Intensität dieser Teilchenstrahlen erhöht und die Anzahl der Kollisionen um den Faktor fünf oder zehn erhöht LHC, sie fügen 130 neue leistungsstarke Magnete hinzu, die den Partikelstrahl genauer steuern und es wahrscheinlicher machen, dass Partikel ineinander schlagen. Sie bewegen auch einige Magnete und fügen supraleitende Kabel hinzu, um die Effizienz des LHC zu verbessern. All dies wird zu fünf- bis zehnmal mehr Kollisionen führen, was bedeutet, dass mehr Daten zu studieren sind, und das hat die Forscher aufgeregt. "Im hochleuchtenden LHC werden wir die meisten unserer Daten sammeln. In diesem Sinne ist es die Phase unserer Erkundung, in der wir die meisten Informationen über das Universum erhalten", erklärt Tara Shears von der Liverpool University, die am Collider arbeitet. erzählt Sample. "Wenn der LHC uns bisher eine Kerze zum Beleuchten des bisher Unsichtbaren gegeben hat, lässt der LHC mit seiner hohen Leuchtkraft einen Scheinwerfer aufleuchten."
Ryan F. Mandelbaum von Gizmodo berichtet, dass die Steigerung der Leistung erforderlich ist. Die Forscher hofften, dass sie nach dem Nachweis des Higgs-Bosons im Jahr 2012 auch andere Teilchen entdecken würden, die unser Wissen über die Quantenwelt ergänzen könnten. Aber diese Funde waren schwer zu fassen. Forscher haben neue Partikel entdeckt, die unsere aktuellen Modelle verärgern könnten, aber ein robusterer Kollider würde dazu beitragen, zuverlässigere Detektionen durchzuführen. Mandelbaum sagt auch, dass es neue Teilchen finden könnte, die helfen, dunkle Materie zu erklären, die Existenz neuer Dimensionen zu beweisen und andere tiefe Mysterien in der Physik zu erforschen.
"Wenn sich die Anomalien, die wir im LHC sehen, im Moment in den nächsten paar Jahren manifestieren und die sie möglicherweise machen, werden wir uns mit dem LHC mit hoher Leuchtkraft die Physik ansehen, die diesen Entdeckungen zugrunde liegt", so Val Gibson. Ein Professor für Physik in Cambridge, der an dem Collider arbeitet, erzählt Sample. „Das würde das Standardmodell auf den Kopf stellen. Es wäre völlig wegweisend. “
Mandelbaum berichtet, dass der Power-Boost auch benötigt wird, um die Higgs besser in den Griff zu bekommen. Obwohl es entdeckt wurde, haben die Forscher nicht genug von dem Partikel gesehen, um es eingehend zu untersuchen. Bei der gegenwärtigen Geschwindigkeit würde der LHC hundert Jahre oder länger brauchen, um alle Daten des Higgs-Bosons zu erfassen. Mit dem Upgrade wird es ungefähr zehn dauern. „Der LHC ist jetzt ein Zahlenspiel: Wir brauchen so viele Daten wie möglich. Das Higgs-Boson nach seiner Entdeckung im Jahr 2012 zu untersuchen, aber auch, weil inzwischen ziemlich klar ist, dass andere neue Teilchen selten sein könnten “, erklärt ihm die Physikerin Freya Blekman von der Vrije Universiteit Brussel in Belgien. "Wir brauchen also eine Menge Daten."
Ein Upgrade der Maschine bedeutet, dass sie ab 2019 für zwei Jahre und zwischen 2024 und 2026 wieder offline sein wird. Das gesamte Upgrade wird voraussichtlich etwa 955 Millionen US-Dollar kosten. Aber wenn Geschichte eine Lehre ist, kann es länger dauern und mehr kosten als erwartet. Der LHC wurde von Kostenüberschreitungen und technischen Problemen geplagt, darunter ein paar selbstmörderische Wiesel und eine Baguette-Fress-Taube, die die Maschine mehrere Wochen lang außer Betrieb nahmen.
