„Large Hadron Collider“ – Versionsunterschied
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* [http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/ Homepage des LHC am CERN] |
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* [http://www.weltmaschine.de Homepage des BMBF zum Thema] |
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* [http://www.weltderphysik.de/de/351.php Sehr ausführliche Seite über den LHC] auf Welt der Physik |
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* [http://lhc-first-beam.web.cern.ch/ Countdown bis zur ersten Teilchenkollision im LHC] auf der Homepage des CERN (englisch) |
* [http://lhc-first-beam.web.cern.ch/ Countdown bis zur ersten Teilchenkollision im LHC] auf der Homepage des CERN (englisch) |
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* ''[http://cdsweb.cern.ch/record/1081116/files/CERN-Brochure-2008-001-Eng.pdf LHC the guide]'' (60-seitige Broschüre im PDF-Format), CERN, Januar 2008 (englisch) |
* ''[http://cdsweb.cern.ch/record/1081116/files/CERN-Brochure-2008-001-Eng.pdf LHC the guide]'' (60-seitige Broschüre im PDF-Format), CERN, Januar 2008 (englisch) |
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* Dennis Overbye: ''[http://www.nytimes.com/2008/07/29/science/29cernrap.html Let the Proton Smashing Begin. (The Rap Is Already Written.)]'', The New York Times, 29. Juli 2008 (englisch) über den ''[http://www.vimeo.com/1431471 Large Hadron Rap]'' |
* Dennis Overbye: ''[http://www.nytimes.com/2008/07/29/science/29cernrap.html Let the Proton Smashing Begin. (The Rap Is Already Written.)]'', The New York Times, 29. Juli 2008 (englisch) über den ''[http://www.vimeo.com/1431471 Large Hadron Rap]'' |
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*[http://cdsweb.cern.ch/collection/Multimedia%20%26%20Outreach?ln=de Bilder und Videos vom LHC] |
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===Fotos=== |
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* [http://www.boston.com/bigpicture/2008/08/the_large_hadron_collider.html Aktuelle Bilder des LHC] |
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* [http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-34760.html Fotostrecke] (8 Bilder) zum Bau des LHC bei [[Spiegel online]]. |
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* [http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-34924.html Fotostrecke] (13 Bilder) mit Innenansichten und physikalischen Erklärungen bei Spiegel online. |
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* [http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-35408.html Fotostrecke] (21 Bilder) mit Ansichten aus Kontrollzentrum und Detektorräumen bei Spiegel online. |
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=== Videos === |
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* [http://cdsweb.cern.ch/collection/Videos Über 600 Videos zum Aufbau und zur Funktionsweise des LHC] |
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* [http://www.weltderphysik.de/de/3517.php Zwei Videos von „Welt der Physik“ über den LHC] |
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* [http://www.zdf.de/ZDFmediathek/content/Das_groesste_Experiment_der_Welt_CERN/511382?inPopup=true ZDF Abenteuer Wissen: „Das größte Experiment der Welt: CERN“] |
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Version vom 24. September 2008, 10:25 Uhr
Der Large Hadron Collider (LHC, deutsche Bezeichnung Großer Hadronen-Speicherring) ist ein ringförmiger Teilchenbeschleuniger für Hadronen am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf. Er ging am 10. September 2008 in Betrieb und löste das Tevatron als stärksten Beschleuniger der Welt ab.
Im LHC werden in Vakuumröhren Protonen und Bleiatomkerne gegenläufig auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht, um unterschiedliche Elementarteilchen zu erzeugen. Insbesondere erhoffen sich die Wissenschaftler durch die Entstehung besonders massereicher Elementarteilchen den experimentellen Nachweis des bislang nur hypothetischen Higgs-Bosons.
Die Kosten des LHC beliefen sich auf über drei Milliarden Euro, wozu Deutschland etwa 800 Millionen Euro beitrug. Die Gesamtfinanzierung wurde über den Etat des CERN von den 20 Mitgliedstaaten gedeckt.[1]
Aufbau
Der LHC wurde in einem bereits vorhandenen Tunnel der Europäischen Kernforschungsanlage CERN nahe Genf mit 27 km Umfang installiert. Bis zu seiner Stilllegung im Jahr 2000 beherbergte der Tunnel den Large Electron-Positron Collider (LEP).
Während im LEP Elektronen und Antielektronen (Positronen) zur Kollision gebracht wurden, werden am LHC je nach Betriebsmodus Protonen und Bleiionen beschleunigt und zur Kollision gebracht. Da diese Hadronen eine viel größere Masse als Elektronen haben, verlieren sie weniger Energie durch Synchrotronstrahlung und können eine weitaus größere Schwerpunktsenergie erreichen. Im LHC werden 14 TeV (Protonmodus) und 1146 TeV (Bleikerne) angestrebt. Die hierfür erforderlichen Energiestärken setzen entsprechende Magnetfelder voraus. Die sich daraus ergebenden technischen Schwierigkeiten werden am LHC mittels supraleitenden Strukturen zur Strahlführung und Beschleunigung der Teilchen bewältigt.
Für den Protonenmodus ist eine Luminosität im Bereich 1034 cm-2s-1 vorgesehen. Neben der gegenüber älteren Experimenten höheren Schwerpunktsenergie, die die Erforschung neuer Energiebereiche ermöglicht, ist auch die hohe Luminosität, die prinzipiell eine bessere Statistik in kürzerer Zeit ermöglicht, ein herausragendes Merkmal des LHC.
Die Kollision der Teilchen erfolgt in verschiedenen Kammern entlang des Beschleunigerringes. In den Kammern befinden sich die Teilchendetektoren ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf und TOTEM, mittels derer die teilchenphysikalischen Messungen durchgeführt werden. Die im Diagramm nicht eingezeichneten Detektoren LHCf und TOTEM befinden sich in den Kammern der vergleichsweise großen Experimente ATLAS bzw. CMS.
Die Verwendung von Protonenkollisionen stellt für die angeschlossenen Experimente eine Herausforderung dar, da die aufzuzeichnenden Wechselwirkungen aufgrund der innere Struktur der hadronischen Protonen aus Quarks und Gluonen vielfältiger sind. Aufgrund der Schwierigkeit Präzisionsmessungen an Hadronbeschleunigern durchzuführen wurde für solche Messungen an am LHC möglicherweise neu entdeckten Teilchen bereits ein Nachfolgeexperiment geplant, der Leptonenbeschleuniger International Linear Collider (ILC).
Kosten
Die Gesamtkosten für das Projekt belaufen sich auf 3,2 bis 6,4 Milliarden Euro. Bei der Bewilligung der Konstruktion im Jahr 1995 wurde ein Budget von 2,6 Milliarden SFr (ca. 1,6 Milliarden Euro) für den Bau und weiteren 210 Millionen SFr (ca. 140 Mio. Euro) für die Durchführung der Experimente veranschlagt. Jedoch wurden 2001 zusätzliche Kosten von ca. 480 Mio. SFr. (ca. 300 Mio. Euro) für den Beschleuniger und 50 Mio. SFr. (ca. 30 Mio. Euro) für die Experimente festgestellt. Zusammen mit einen Kürzung des allgemeinen Budgets des CERN führte das zu einer Verzögerung der Fertigstellung bis zum April 2007.[2] Allein die supraleitenden Magnete waren für einen Anstieg von 180 Mio. SFr (120 Mio. Euro) verantwortlich. Außerdem gab es technische Schwierigkeiten beim Bau der unterirdischen Halle für den Compact Muon Solenoid, teilweise aufgrund von defekten Teilen, die von den Partnerlaborien Argonne National Laboratory, Fermilab und KEK zur Verfügung gestellt wurden.[3]
David King, Chemiker und ehemaliger wissenschaftlicher Berater Großbritanniens, kritisierte, daß das Projekt LHC mehr Gelder zur Verfügung gestellt bekomme, als zur Lösung globaler Probleme wie Globale Erwärmung, Bevölkerungswachstum oder Armut in Afrika verwendet werde.[4]
Physik am LHC
ATLAS und CMS sind so genannte Mehrzweck-Experimente. Vorrangig wird in ihnen der experimentelle Nachweis des Higgs-Bosons angestrebt, des einzigen noch nicht nachgewiesenen Teilchens des Standardmodells. Darüber hinaus wird die Entdeckung bislang noch unbekannter Elementarteilchen nicht ausgeschlossen.
Auch existiert die Hoffnung, Hinweise auf mögliche Erweiterungen des Standardmodells zu finden, beispielsweise durch Nachweis supersymmetrischer Teilchen oder bislang unbekannter Raumdimensionen durch verstärkte Wechselwirkung mit Gravitonen[5] oder durch die Erzeugung kurzlebiger schwarzer Löcher[6]. Weiterhin könnte der LHC Aufschluss über die Zusammensetzung der Dunklen Materie liefern.
Beim LHCb-Experiment werden Bottom-Quarks enthaltende Hadronen untersucht, um Elemente der CKM-Matrix genauer zu bestimmen (B-Physik).
Der im Vergleich zu Protonenkollisionen seltener angewandte Betriebsmodus der Kollision von Bleikernen soll dazu dienen, kurzzeitig ein sehr hochenergetisches Plasma quasifreier Quarks und Gluonen zu erzeugen (Quark-Gluon-Plasma). Am Detektor ALICE sollen auf diese Weise die Bedingungen sehr früher Phasen des Universums nachgebildet und untersucht werden.
Computing am LHC
Für die Simulation der Teilchenbahnen im LHC gibt es das LHC@Home-Projekt, das mit verteiltem Rechnen auch normale Computerbesitzer einbezieht. Dabei wird simuliert, wie sich die Teilchen auf dem Weg durch die Röhre verhalten und ob es durch fehlerhafte Magnetablenkungen zu Schäden kommen kann.[7]
Die Simulation der eigentlichen Teilchenkollisionen, wie sie in den Detektoren gemessen werden, verursacht gewaltige Datenmengen und verbraucht viele Stunden Rechenzeit. Auch die Analyse von echten Daten verlangt die schnelle Analyse von Gigabytes an Daten. Daher lässt sich dieser Teil nicht verteilt auf Heimrechnern durchführern (analog zu Seti@Home), sondern es werden große Cluster benötigt. Um die Effizienz zu erhöhen wurden weltweit hunderte Cluster in einem Grid vernetzt - dem LHC Computing Grid (LCG).
Gegner
Da am LHC eventuell schwarze Mini-Löcher[8] oder seltsame Materie erzeugt werden könnten, gibt es Warnungen vor möglichen Risiken der LHC-Experimente.[9] Vor dem Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte in Straßburg [10] wurde eine Klage gegen die geplante Inbetriebnahme des LHC von einer Gruppe um Otto Rössler eingereicht. Am 29. August 2008 wies der Europäische Gerichtshof für Menschenrechte den dort gestellten Eilantrag gegen die Inbetriebnahme des LHC ab.[11] Das Hauptsachverfahren steht noch aus. Fachwissenschaftler stellen wiederholt fest, dass vom LHC und anderen Teilchenbeschleunigern keine Gefahren ausgehen. Ein tragendes Argument ist hierbei die Tatsache, dass die im LHC nachgebildeten Prozesse in der Natur allgegenwärtig sind.[12]
Einzelnachweise
- ↑ Spektrumdirekt: Bilderbuchstart für größte Forschungsmaschine der Welt, Ausgabe vom 11. September 2008
- ↑ Luciano Maiani: LHC Cost Review to Completion. CERN, 16. Oktober 2001, abgerufen am 15. Januar 2001.
- ↑ Toni Feder: CERN Grapples with LHC Cost Hike. In: Physics Today. 54. Jahrgang, Nr. 12, Dezember 2001, S. 21, doi:10.1063/1.1445534 (aip.org [abgerufen am 15. Januar 2007]).
- ↑ Jonathan Amostitle: 'Climate crisis' needs brain gain. BBC, 8. September 2008.
- ↑ Siehe beispielsweise: Hagiwara et al.: Graviton production with 2 jets at the LHC in large extra dimensions, hep-ph/
- ↑ Harris et al.: Exploring Higher Dimensional Black Holes at the Large Hadron Collider, hep-ph/0411022
- ↑ Offizielle Homepage von LHC@Home
- ↑ Savas Dimopoulos, Greg Landsberg: Black Holes at the LHC, Phys. Rev. Lett. 87:161602, 2001 (englisch)
- ↑ Adrian Kent: A critical look at risk assessments for global catastrophes, Risk Anal. 24, 2004, S. 157–168 (englisch)
Adam A. Helfer: „Do black holes radiate?“, Rept.Prog.Phys. 66 (2003), S. 943–1008 (englisch
Otto Rössler (27.9.2007): „Abraham-Solution to Schwarzschild Metric Implies That CERN Miniblack Holes Pose a Planetary Risk“. (englisch)
Rainer Plaga (10.8.2008): On the potential catastrophic risk from metastable quantum-black holes produced at particle colliders. (englisch)
Dennis Overbye: Asking a Judge to Save the World, and Maybe a Whole Lot More, The New York Times, 29. März 2008 (englisch)
Felix Knoke: Angst vor Weltuntergang – Amerikaner klagt gegen Teilchenbeschleuniger, Spiegel Online, 31. März 2008 - ↑ Homepage der Klageführer
- ↑ Der Spiegel: Gericht weist Eilantrag gegen Superbeschleuniger ab
- ↑ Jean-Paul Blaizot, John Iliopoulos, Jes Madsen, Graham G. Ross, Peter Sonderegger, Hans-Joachim Specht: Study of potentially dangerous events during heavy-ion collisions at the LHC, CERN Scientific Information Service, Genf 2003
Arnon Dar, Alvaro De Rújula, Ulrich Heinz: Will relativistic heavy-ion colliders destroy our planet?, Phys. Lett. B470, 1999, S. 142–148 (englisch)
W. Busza, Robert L. Jaffe, J. Sandweiss, Frank Wilczek: Review of speculative „disaster scenarios“ at RHIC, Rev. Mod. Phys. 72, 2000, S. 1125–1140 (englisch)
Safety at the LHC, CERN 2007 (englisch)
Auszüge aus dem „Safety at the LHC“-Review auf Deutsch
Steven B. Giddings/Michelangelo L. Mangano (20.6.2008): „Astrophysical implications of hypothetical stable TeV-scale black holes“ (englisch)
Stellungnahme zu den Behauptungen von Prof. Rössler, Komitee für ElementarTeilchenphysik (KET)
IOP (Institute of Physics): LHC switch-on fears are completely unfounded<
J. Ellis et al.: Review of the Safety of LHC Collisions. arXiv:0806.3414v1 (hep-ph) Preprint
Weblinks
- Homepage des LHC am CERN
- Sehr ausführliche Seite über den LHC auf Welt der Physik
- Countdown bis zur ersten Teilchenkollision im LHC auf der Homepage des CERN (englisch)
- LHC the guide (60-seitige Broschüre im PDF-Format), CERN, Januar 2008 (englisch)
- Dennis Overbye: Let the Proton Smashing Begin. (The Rap Is Already Written.), The New York Times, 29. Juli 2008 (englisch) über den Large Hadron Rap
- Bilder und Videos vom LHC
Koordinaten: 46° 14′ 0″ N, 6° 3′ 0″ O; CH1903: 492881 / 121160