Thema: Teilchenbeschleuniger LHC & RHIC & Tevatron

[SiLæncer]

Der Cern-Forschungsdirektor hat auf einer Konferenz bestätigt: Neutrinos sind nicht schneller als Licht. Messungen aller vier Detektoren unter dem Gran Sasso haben ergeben, dass sich die Elementarteilchen an die kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung halten.

Das europäische Kernforschungszentrum Cern hat die Welt der Naturwissenschaften wieder gerade gerückt: Neutrinos sind nicht schneller als das Licht, hat Cern-Forschungsdirektor Sergio Bertolucci auf einer Konferenz erklärt. Zu diesem Ergebnis seien mehrere Detektoren unter dem italienischen Berg Gran Sasso gekommen.

Schneller als die Physik erlaubt

Im September 2011 hatte das Cern die wissenschaftliche Welt mit der Nachricht überrascht, Neutrinos seien schneller als das Licht. Die Wissenschaftler des Opera-Experiments wollten gemessen haben, dass die Elementarteilchen für die 730 Kilometer lange Strecke von Genf zum Gran Sasso 60 Nanosekunden weniger brauchten als das Licht. Das hätte das Standardmodell, nach dem nichts schneller sein kann als Licht über den Haufen geworfen.

Schon von Anfang an zogen die Forscher einen Messfehler in Betracht. Im Februar 2012 erhärtete sich der Verdacht - ein Fehler im Zeitnahmesystem kristallisierte sich als Ursache heraus.

Übereinstimmung von vier Detektoren

Messungen mit allen vier Detektoren, im Fachjargon: Experimente, unter den Abruzzen - neben Opera sind das Borexino, Icarus und LVD - hätten übereinstimmend gezeigt, dass sich die Neutrinos an die Naturgesetze hielten und nicht mit Überlichtgeschwindigkeit von der Schweiz nach Italien reisten, erklärte Bertolucci auf der International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics, die gegenwärtig im japanischen Kyoto stattfindet.

"Auch wenn das Ergebnis nicht so aufregend ist, wie wir es uns gewünscht hätten, so ist es doch das, was wir alle im Innersten erwartet haben", sagte Bertolucci. "Die Geschichte hat die öffentliche Vorstellungskraft gepackt, und sie hat Menschen einen Einblick in wissenschaftliche Methoden gegeben: Ein unerwartetes Ergebnis ist auf den Prüfstand gekommen, gründlich überprüft und schließlich dank der Zusammenarbeit zwischen normalerweise konkurrierenden Experimenten behoben worden. So kommt Wissenschaft voran."

Quelle : www.golem.de

[ritschibie]

Kandidat für Higgs-Ereignis im Experiment CMS:
Was gibt das Cern bekannt? (Bild: CMS/Cern)

Im Frühling ist der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) monatelang praktisch rund um die Uhr gelaufen. Dabei haben die LHC-Forscher ein neues Elementarteilchen entdeckt. Sie wollen sich aber nicht darauf festlegen, ob es sich um das Higgs-Boson handelt.

Die Spannung ist groß: Am heutigen Mittwoch will das europäische Kernforschungszentrum Cern in Genf erste Ergebnisse der Experimente im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) aus dem Jahr 2012 bekanntgeben. Zu der Konferenz wird Higgs erwartet - in doppelter Hinsicht.

Beschleuniger auf Hochtouren

Vor der International Conference on High Energy Physic (ICHEP) sei der LHC auf Hochtouren gelaufen, teilte das Cern mit. Die ICHEP, die in Melbourne stattfindet, beginnt am heutigen Mittwoch. In der Zeit zwischen April und Juni 2012 hätten die Experimente A Toroidal LHC Apparatus (Atlas) und Compact Muon Solenoid (CMS) mehr Daten gesammelt als im gesamten Jahr 2011.

Video: Wissenschaftler des KIT über das Higgs-Teilchen (8:04)

Zudem hätten Atlas und CMS ihre Analysetechniken, mit denen sie ein Higgs-Ereignis in Millionen Teilchenkollisionen erfassen, stark verbessert. "Wir haben jetzt mehr als doppelt so viele Daten wie im vergangenen Jahr", sagte Cern-Forschungsdirektor Sergio Bertolucci. "Das sollte genug sei, um zu sehen, ob die Trends, wie wir 2011 gesehen haben, immer noch da sind, oder nicht. Das ist eine sehr aufregende Zeit."
Neues Elementarteilchen

Tatsächlich wird in der wissenschaftlichen Welt bereits wild spekuliert, dass das Cern heute die Entdeckung eine neuen Elementarteilchens verkünden wird. Das US-Wissenschaftsmagazin Science News entdeckte am Dienstag ein Video auf der Cern-Website, in dem CMS-Sprecher Joe Incandela die Entdeckung eines neuen Teilchens verkündete. Dessen Masse sei ungefähr 130-mal größer als die eines Protons. Das Video war nach kurzer Zeit wieder verschwunden.

Das Video sei nur eines von mehreren, die vorab produziert worden seien, erklärte Cern-Sprecherin Corinne Pralavorio Science News. Sie deckten verschiedene Varianten einer Higgs-Ankündigung ab. Das Video sei nicht für eine Veröffentlichung gedacht gewesen. Die Pressestelle habe keine Ahnung, was am Mittwoch verkündet werde, sagte sie.

Higgs in Genf?

Ob es sich dabei tatsächlich um das Higgs-Teilchen handelt, ist unklar. Immerhin soll, so berichtet es das Wissenschaftsmagazin Spektrum der Wissenschaft, der Entdecker Peter Higgs persönlich nach Genf gereist sein - was die Spekulationen noch mehr anheizen dürfte.

Thomas Müller, Physiker am Institut für Experimentelle Kernphysik des Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), bezweifelt, dass heute die Existenz des Higgs-Teilchen bekanntgegeben wird. "Ob es sich wirklich um ein Higgs-Teilchen handelt, werden wir wohl im Herbst sagen können", sagte er dem Wissenschaftsmagazin Bild der Wissenschaft. "Denn dazu brauchen wir auch Daten zu seinen Kopplungen, zu seinem Spin und aus den fermionischen Zerfallskanälen. Solche Messungen haben wir momentan noch nicht in ausreichendem Maße."

Hinweise bei etwa 125 Gigaelektronenvolt

Die von Bertolucci angesprochenen Trends aus dem Jahr 2011 deuten auf eine Existenz des Higgs-Bosons hin: Sowohl Atlas als auch CMS hatten Hinweise auf das Higgs-Teilchen im Bereich von etwa 125 Gigaelektronenvolt (GeV) gefunden. Das hatten Fabiola Gianotti und Guido Tonelli, die Sprecher von Atlas und CMS, Mitte Dezember 2011 auf einer Konferenz bekanntgegeben. Auch davor hatte es schon Gerüchte und Spekulationen gegeben.

Allerdings waren die 2011 entdeckten Hinweise noch nicht stark genug, um als Entdeckung gelten zu können. Die Wissenschaftler stuften die statistische Sicherheit seinerzeit mit 2,3 Sigma ein. 3 Sigma gilt als Hinweis. Erst bei 5 Sigma spricht die Wissenschaft von einer Entdeckung.

Fehlendes Teil im Standardmodell

Das Higgs-Teilchen oder Higgs-Boson gilt als das fehlende Teilchen im gegenwärtigen Standardmodell. Es soll erklären, woher die Elementarteilchen ihre Masse bekommen. Der schottische Physiker Higgs hatte seine Existenz 1964 vorhergesagt. Am LHC soll es nun experimentell nachgewiesen werden. Dieser Nachweis ist eines der wichtigsten Ziele des LHC.

Um 9 Uhr beginnt der mit Spannung erwartete Vortrag, den das Cern live im Internet überträgt.

Nachtrag 4. Juli 2012, 10:25 Uhr

Beide Experimente erklären, sie hätten ein neues Elementarteilchen entdeckt.Joe Incandela, Sprecher des CMS, sagte: "Wir haben ein neues Boson mit einer Masse von 125,3 GeV +/- 0,6 GeV mit einer Signifikanz von 4,9 Sigma." Es sei das schwerste bisher entdeckte Boson.

Auch am Atlas wurde ein neues Elementarteilchen entdeckt. Es gebe es starke Hinweise auf ein neues Teilchen im Bereich von 126,5 Gigaelektronenvolt (GeV), sagte Atlas-Sprecherin-Fabiola Gianotti. Die Signifikanz sei 5 Sigma.

Ob es sich tatsächlich um das Higgs-Teilchen handelt - darauf wollen sich beide Experimente nicht festlegen: Es seien vorläufige Ergebnisse, betonen sie. Es müsste weitere Daten analysiert werden. Das Teilchen sei zwar konsistent mit dem Higgs-Teilchen, welches das Standardmodell vorhersagt. Es könne sich aber auch um ein noch exotischeres Teilchen handeln.

Der schottische Physiker Peter Higgs, der die Existenz dieses Teilchens 1964 vorhergesagt hatte, war bei der Konferenz in Genf dabei.

Quelle: www.golem.de

[ritschibie]

Anmerkungen zur Bedeutung der Entdeckung des Higgs-Bosons für die Astrophysik/Kosmologie

Eine Nadel im Heuhaufen wäre leichter zu finden gewesen. Dennoch entdecken diverse Wissenschaftlerteams am CERN bei Genf - wie kürzlich lanciert - nach jahrelanger harter Arbeit mit dem Large Hadron Collider (LHC) ein neues Teilchen, bei dem es sich mit größter anzunehmender Wahrscheinlichkeit um das lang ersehnte Higgs-Boson handelt. Es ist gemeinhin das letzte postulierte Partikel, das einzige bis vor kurzem nicht im Experiment nachgewiesene, das die Richtigkeit des bisherigen Standardmodells der Elementarteilchenphysik bestätigen soll. Aber auch für die Astrophysik und Kosmologie hat die Existenz des Higgs-Bosons enorme Bedeutung, bestätigt es doch zugleich das Vorhandensein des Higgs-Feldes und somit indirekt die Richtigkeit des Urknall-Modells und die der kosmischen Inflation.

Bunter Teilchenzoo

Bisweilen vermag selbst der versierteste Physiker nicht auf Anhieb die einzelnen Bausteine der baryonischen Materie, der gewöhnlichen, leuchtenden Materie des Universums, aus denen alle chemischen Elemente aufgebaut sind, Teilchen für Teilchen einzeln aufzuzählen, namentlich zu bestimmen und deren Charakteristika näher zu erläutern.

Bild: NASA, ESA, J. Blakeslee and H. Ford
(Johns Hopkins University)

Selbst mancher Teilchenphysiker hat zuweilen seine liebe Mühe und Not, den Überblick über das unübersichtliche wirre Treiben im Teilchenzoo zu wahren, zumal im Konzert der eigenwilligen Partikel mehrheitlich exaltierte Solisten den Ton angeben, die gerne mal aus der Reihe tanzen.

Computersimulation des Zerfalls eines Higgs-Teilchens in
vier Myonen (gelbe Linien), so wie es im Rahmen des ATLAS-
Experimentes aussehen könnte. Bild: CERN

Während die bekanntesten unter ihnen, die Elektronen, Protonen und Neutronen auf atomarer Ebene das Bild bestimmen, geben sich im subatomaren Kosmos derzeit zwölf bekannte Sub-Elementarteilchen, sechs Quarks und sechs Leptonen, die Ehre, die sich in je drei "Familien" oder auch "Generationen" aufteilen.

Auf den ersten Blick sieht es danach aus, als fristeten in jeder Familie zwei Quarks und zwei Leptonen ein subatomares Dasein. In Wahrheit sind die familiären Verhältnisse etwas verzwickter, beschreibt doch das Standardmodell der Elementarteilchenphysik die Materie im Kosmos durch acht fundamentale Objekte, die Mitglieder der ersten von drei Quark-Lepton-Familien sind. Dazu gehören die "Up- und down-Quarks", die Konstituenten der Protonen und Neutronen und natürlich das auf atomarer Ebene angesiedelte Elektron. Und jetzt kommt noch ein weiteres Teilchen hinzu, das sogar eine "materielle" Schlüsselstellung innehat.

Higgs-Partikel und Higgs-Feld

Seitdem der englische Physiker Peter Ware Higgs (geb. 1929) 1964 zusammen mit anderen Forschern fast zeitgleich das Higgs-Boson postulierte, verstärkten die Teilchenphysiker von Jahr zu Jahr ihre Anstrengungen, das von ihm theoretisch verklärte Phantomteilchen dingfest zu machen.

Peter Higgs zu Besuch beim CERN. Im Hintergrund das
CMS-Experiment. Bild: CERN

Nunmehr sieht es seit dem 4. Juli 2012 danach aus, als sei ihnen dieser Coup gelungen. Im Teilchenzoo ist offenbar noch ein weiteres Partikel heimisch, das eine einzigartige Qualität hat. Eine Qualität wohlgemerkt, die die Quantität der Partikel erklären kann.

Wenngleich die wissenschaftstheoretische, ja vielleicht sogar die intellektuell-philosophische Tragweite der aktuellen Entdeckung des Higgs-Bosons zurzeit nicht absehbar ist, so ist doch zumindest die Grundidee, die hinter allem steckt, so einfach wie genial. Denn laut Theorie erhalten die Partikel im Subkosmos ihre Masse dadurch, indem sie sich durch ein Kraftfeld, das so genannte Higgs-Feld, bewegen.

Hierbei handelt es sich um ein höchst unbekanntes Etwas, das das ganze Universum als geheimnisvolles unsichtbares Energiefeld durchziehen soll. In ihm sind Higgs-Bosonen, die weder einen Spin noch eine Ladung haben, die charakteristischen Vermittlerteilchen.

Während das Higgs-Feld die Bewegung aller materiellen Teilchen abbremst, gewinnen Elektronen, Neutrinos, Quarks, aber auch W- und Z-Bosonen zeitgleich an Masse. Da das Feld auf bestimmte Partikelarten stärker reagiert als auf andere, kommen somit unterschiedliche Massen zustande.

Auf eine einfache Formel gebracht bedeutet dies: Je nachdem, wie intensiv die jeweiligen Teilchen mit diesem Feld in Wechselwirkung treten, werden sie schwerer oder leichter und zudem elektrisch geladen oder nicht. Kurzum, alle Eigenschaften der Teilchen lassen sich vor dem Hintergrund, dass das gesamte Universum komplett und kontinuierlich von diesem Feld durchsetzt ist, plausibel erklären.

Bild: CERN

Dass die jüngste Entdeckung des vermeintlichen Higgs-Boson mithin enorme Auswirkungen auf die Astrophysik und Kosmologie hat, liegt auf der Hand. Schließlich gäbe es ohne Higgs-Teilchen kein Higgs-Feld, dessen Einfluss auf die Inflationsphase unmittelbar nach dem Urknall alles andere als unerheblich war.

Sollte sich nämlich die Theorie des Higgs-Feldes als korrekt erweisen, könnte dank des LHC-Experimentes der Nachweis weiterer Partikel gelingen, die Aufschluss über die Ur-Phase des Kosmos geben. In diesem Fall würde sich bestätigen, dass die fundamentalen Eigenschaften der allerkleinsten Teilchen mit der Entwicklung des expandierenden Universums aufs Allerengste verbunden sind. Schließlich spielte das Higgs-Feld eine ganz besonders wichtige Rolle zu der Zeit, in der das Universum immer noch viel, viel kleiner war als ein Atomkern.

Quantenmechanischer Exkurs

Die Physik, die diese Welt der allerkleinsten Teilchen sehr erfolgreich erklärt, ist bekanntlich die Quantenmechanik.

Das zentrale Ergebnis der Quantenmechanik könnte man auf folgendem Satz verkürzen: Alles schwankt! Alle Eigenschaften, ob Ort oder Zeit, Impuls oder Energie, sie alle pendeln und schwingen um bestimmte Werte. Das Gleiche gilt auch für alle Kraft- und Energiefelder und natürlich auch insbesondere für das Higgs-Feld.

Wenn allerdings, in einem äußerst unwahrscheinlichen Fall, hin und wieder Energiefelder wie das Higgs-Feld über manche Grenzen hinaus schwingen, kann ein einmaliger, nicht wiederholbarer Vorgang in Gang gesetzt werden. Die Quantenmechanik schafft es tatsächlich, selbst diesen fast unmöglichen Vorgang zu erklären.

Bild: NASA

Die Entstehung des Universums ist ein solcher absolut singulärer Vorgang, der unserem heutigen Erkenntnisstand zufolge nur einmal in der kosmischen Welt(en)geschichte geschehen ist. Etwas Einzigartiges wie ein Universum entsteht höchst selten, bestenfalls einmal und allenfalls keinmal. Machen wir uns diesen besonderen Umstand, diese Einmaligkeit von etwas fast Unmöglichen anhand eines anderen besonderen physikalischen Vorgangs klar: dem unterkühlten Wasser!

Analogie vom unterkühltem Wasser

Unter normalen irdischen Druck und Temperaturbedingungen ist das meist neutral schmeckende Nass bei plus zehn Grad Celsius flüssig, wohingegen sich bei Temperaturen unter null Grad Celsius sein Aggregatzustand von flüssig zu fest ändert. Es gefriert. Dieser Vorgang nennt sich Phasenübergang. Rekapitulieren wir: Der natürliche Zustand von Wasser bei Temperaturen unter null Grad Celsius ist Eis, Wasser gewinnt an Festigkeit unter null Grad Celsius.

Kühlt man hingegen unter Laborbedingungen flüssiges Wasser in absolut reinen Glasgefäßen extrem langsam unter null Grad Celsius ab, bleibt es interessanterweise flüssig. Unter ganz besonderen Bedingungen, völlig isoliert von allen äußeren Störungen, gelingt es sogar, Wasser bis auf minus 17 Grad Celsius abzukühlen, ohne dass es gefriert.

Voraussetzung hierfür ist, dass beispielsweise keine Geräusche - und seien diese noch so gering - das Wasser in Schwingungen versetzt, kein Staubkorn ins absolut sterile Reagenzglas fällt. Nur wenn einfach überhaupt nichts das langsam abkühlende Wasser stört, bleibt Wasser auch bei Temperaturen weit unter null Grad Celsius flüssig. Dieser Effekt des unterkühlten Wassers ist eigentlich ein unmöglicher Zustand, der in unserer realen Welt nicht auftaucht.

Ohne die Existenz eines Higgs-Feldes gäbe es wohl keine
Galaxien - wie die auf diesem Bild zu sehende schöne
Spiralgalaxie NGC 3521 im Sternbild Löwe. Bild: ESO

Wasser wird auch in Zukunft auf der Erde, wo Störquellen en masse vorhanden sind, nach wie vor zu Eis erstarren, sobald die Lufttemperatur unter null Grad Celsius fällt. Selbst im Experiment friert das unterkühlte Wasser schlagartig, sobald es auch nur der kleinsten Störung ausgesetzt wird. Dazu reicht schon ein leichtes Flüstern an der Eingangstür des Labors aus. Von einem Moment zum nächsten springt das unterkühlte Wasser vom "falschen" in den "richtigen" Zustand über. Bei diesem sprungartigen Phasenübergang wird Kondensationsenergie frei, weil die im flüssigen Wasser einigermaßen frei beweglichen Wassermoleküle beim Gefrieren in Kristalle eingepfercht werden.

Higgs-Feld und Inflation

Just einen solchen sprunghaften Vorgang wie das unterkühlte Wasser, vom Falschen ins Richtige, macht auch das Universum unmittelbar nach dem Urknall durch. Als am Anfang des Anfangs das schwankende Higgs-Feld im falschen Zustand infolge seiner unbeständigen Natur in einen Bereich pendelt, in dem es eigentlich nicht pendeln soll, kommt es schlagartig zu einer winzigen Schwankung, die alles verändert. Blitzartig findet das Universum zu seinem richtigen Zustand zurück.

Bild: NASA

Wie bei der unverhofften Kondensation des flüssigen unterkühlten Wassers in unserem Beispiel wird auch beim Sprung des Higgs-Feldes enorm viel Energie frei. Extrem viel. Die ausgestoßene Energie ist derart exorbitant hoch, dass es das Universum fast zerreißt. Es kommt zur Inflation. Unter Inflation (lat. inflationis: Anschwellen, Aufblasen) verstehen wir die Phase extrem schneller und großskaliger Ausdehnung des Kosmos, die sich in einem Zeitraum von circa 10-35 bis 10-30 Sekunden nach dem Urknall vollzieht.

Hubble Ultra Deep Field-Aufnahme. Natürlich können wir
das kosmo-archaische Geschehen während und vor der
Inflationsphase auch mit den besten Teleskopen genauso
wenig sehen wie das Abbild des Urknalls. Immerhin können
Astronomen derzeit bis zu 13,2 Milliarden Jahre in die
Vergangenheit eintauchen. Bild: NASA

Innerhalb dieser immens kurzen Zeitspanne bläht sich das All um den gigantisch unvorstellbaren Faktor 10 hoch 50 auf. Gäbe es zu dieser Zeit Licht und ausreichend Raum (was zu dieser Zeit aber nicht der Fall ist), könnte man getrost sagen, dass es mit "Überlichtgeschwindigkeit" auseinanderrast. Jedenfalls ist das Volumen des neu kreierten Raumes, der im Zuge dieses dynamischen kosmischen Parforceritts Form annimmt und sich in die Dimensionen Höhe, Länge und Breite verliert, gigantisch.

Schicksalhafter Faktor

In der explosionsartigen Ausbreitung des Raumes, dem Inflations-Inferno, entstehen alle Kräfte und alle Naturgesetze, die die Massen und Eigenschaften der Materie definieren. Die Expansion verbraucht fast den ganzen Rest der überschüssigen Energie. Schließlich wird die Ausdehnung immer langsamer, bis sie jene Werte erreicht, die Astronomen heute beobachten. Was diese gegenwärtig sehen, ist ein schwacher Abglanz des explosionsartigen Auseinanderreißens des Raumes: die inflationäre Expansion.

Das Higgs-Feld am Anfang allen Seins legte also das Schicksal des Universums fest. Wäre es nur um eine Nuance anders geschwankt, gäbe es entweder das Nichts oder ein anderes Etwas ohne Galaxien, Sterne, Planeten und Leben.

Die außerordentlich unwahrscheinliche Schwankung des Higgs-Feldes hat über seinen eigentlichen Wert hinaus mit der Inflation einen Vorgang ausgelöst, der das Universum so veränderte, dass aus ihm Raum, Materie, Leben, Intelligenz und Bewusstsein hervorgehen konnten. Zu guter Letzt brachte es komplex strukturierte Gehirne hervor, die sich derweil den Luxus erlauben, über die Gott und die Welt und dessen Higgs-Teilchen zu sinnieren.

Quelle und weitere Links: http://www.heise.de/tp/artikel/37/37254/3.html

[SiLæncer]

 Die beiden LHC-Experimente haben ihre Ergebnisse zu dem neu entdeckten Elementarteilchen veröffentlicht. Das Atlas-Team hat den Wert für die statistische Sicherheit noch einmal deutlich erhöht. Das Cern spricht von einer Chance von 1 zu 500 Millionen, dass die Ergebnisse nicht auf Higgs hinweisen.

Anfang Juli waren die Forscher des europäischen Kernforschungszentrums noch vorsichtig: Sie hätten ein neues Elementarteilchen entdeckt, erklärten die Teams der Experimente A Toroidal LHC Apparatus (Atlas) und Compact Muon Solenoid (CMS) . Doch ob es sich dabei um das gesuchte Higgs-Boson handelte, darauf wollten sie sich nicht festlegen. Einen Monat später sind sich die Wissenschaftler ziemlich sicher: Sie haben das Higgs-Boson entdeckt.

Aufsätze zum Peer Review freigegeben

Knapp einen Monat nach der spektakulären Bekanntgabe in Genf haben die beiden Teams ihre Aufsätze zur Beurteilung durch Fachkollegen, dem sogenannten Peer Review, auf dem Dokumentenserver Arxiv bereitgestellt. Darin stellen sie die Ergebnisse ihrer Messungen am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) vor.

Video: Was ist das Higgs-Boson (3:29)

 In Genf hatten beide Teams erklärt, ihre Resultate zeigten eine statistische Sicherheit von 5 Sigma - bei diesem Wert sprechen Forscher von einer neuen Entdeckung. Während das CMS-Team bei diesem Wert bleibt, haben die Atlas-Forscher den ihren nach oben korrigiert: Sie gehen jetzt von einer Signifikanz von 5,9 Sigma aus.

Zurückhaltung

Beide Forschergruppen sind aber nach wie vor zurückhaltend, ob es sich bei dem Teilchen tatsächlich um das Higgs-Boson handelt. Die in dem Aufsatz vorgestellten Daten seien mit den Erwartungen, wie das Higgs-Teilchen laut dem Standard-Modell aussehen müsste, mit einer gewissen Unsicherheit "konsistent", heißt es etwa in dem Aufsatz des CMS. Laut Atlas müssten mehr Daten gesammelt werden, "um seine Natur im Detail zu beurteilen."

Grund für die Unsicherheit ist die Tatsache, dass keiner der Forscher das Higgs-Boson "gesehen" hat: Das Elementarteilchen zerfällt in Bruchteilen von Sekunden in andere Teilchen, die gemessen werden können. Diese können aber beim Zerfall eines anderen Teilchens entstanden sein, etwa einem, das dem Higgs ähnelt. Das Cern kommentiert allerdings, der Atlas-Wert von 5,9 entspreche einer Chance von 1 zu 500 Millionen, dass in dem Experiment ein solches Signal ohne ein Higgs-Teilchen aufgezeichnet worden wäre.

Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

 Im Experiment Alice ist 2011 wahrscheinlich die höchste von Menschen erzeugte Temperatur entstanden: Mutmaßlich haben rund 5,5 Billionen Grad geherrscht. Die Temperatur entstand, als Blei-Ionen im Large Hadron Collider kollidierten, um ein Quark-Gluon-Plasma zu erzeugen.

Verglichen mit A Toroidal LHC Apparatus (Atlas) und Compact Muon Solenoid (CMS), den Experimenten am Large Hadron Collider (LHC), die wahrscheinlich das Higgs Boson entdeckt haben, ist A Large Ion Collider Experiment, kurz Alice, eher unbekannt. Zu Unrecht: Denn Alice ist das heißeste Experiment am LHC, vielleicht sogar das heißeste überhaupt.

Kurz nach dem Urknall

Außer der Suche nach dem Higgs-Teilchen, dessen mögliche Entdeckung die LHC-Forscher Anfang Juli in Genf bekanntgegeben haben, soll am LHC auch der Zustand simuliert werden, in der Materie sich einige Milliardstel Sekunden nach dem Urknall befand. Dazu lassen die Forscher in dem Teilchenbeschleuniger Blei-Ionen statt Protonen kollidieren.

 Bei den Kollisionen entstehen so hohe Energiedichten, dass ein neuer Materiezustand, das Quark-Gluon-Plasma (QGP), auftritt. Quarks und Gluonen sind die Bausteine, aus denen Hadronen zusammengesetzt sind. Die Quarks werden von Gluonen in einer sehr starken Bindung zusammengehalten. Sekundenbruchteile nach dem Urknall waren diese Teilchen nicht gebunden, sondern bildeten zusammen mit den Gluonen den Materiezustand des Quark-Gluon-Plasmas.

Ungemütliche Bedingungen

Um diesen Zustand herzustellen, müssen höchst ungemütliche Bedingungen herrschen: Temperatur, die 100.000-mal höher ist als die im Innern der Sonne oder eine Dichte, wie sie sonst im Zentrum von Neutronensternen auftritt. Diese treten auf, wenn Blei-Ionen kollidieren. 2011 ließen die Forscher vier Wochen lang Blei-Ionen im LHC kreisen. In dieser Zeit konnten sie etwa 20 Mal soviele Daten sammeln wie im Vorjahr, als sie kurz vor der Winterpause Blei-Ionen durch den LHC jagten.

Im Experiment Alice entstand vermutlich die höchste jemals von Menschen erzeugte Temperatur. Wie heiß es genau war, können die Forscher noch nicht sagen. Sie hätten die Energiewerte noch nicht umgerechnet. Es gebe aber Grund zur Annahme, dass die Temperatur bei 5,5 Billionen Grad gelegen habe, sagte Alice-Sprecher Paolo Giubellino der britischen Fachzeitschrift Nature. Das sei sehr schwierig - bis eine genaue Zahl vorliege, werde es noch einige Wochen dauern, vertröstete Giubellino.

Heißester Eintrag bei Guinness

Immerhin klingt das rekordverdächtig: Bisher hält den der Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), ein Teilchenbeschleuniger des Brookhaven National Laboratory auf Long Island, im US-Bundesstaat New York. Bei Kollisionen von Gold-Ionen erzielten die Wissenschaftler am RHIC Anfang 2010 eine Temperatur von 4 Billionen Grad - und erhielten dafür einen Eintrag ins Guinness Buch der Rekorde. Die Forscher am RHIC hatten 2005 entdeckt, dass sich das QGP wie eine Flüssigkeit verhält.

Die Forscher der LHC-Experimente Alice, Atlas und CMS sowie die vom RHIC stellen ihre aktuellen Forschungsergebnisse auf der Quark Matter 2012 vor. Die Konferenz findet von 13. bis 18. August in der US-Hauptstadt Washington statt.

Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

Im LHC sind erstmals unterschiedliche Teilchen aufeinandergeprallt: Die Forscher ließen Protonen statt mit ihresgleichen mit Bleiionen kollidieren. Die Teilchenphysiker machen sich unterdessen Gedanken darüber, wie es weitergeht, wenn der LHC ausgedient hat.

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler unterschiedliche Teilchen im Beschleuniger Large Hadron Collider (LHC) eingesetzt: Sie ließen Protonen mit Bleiionen kollidieren. Bisher waren Kollisionen nur mit gleichen Teilchen - also Protonen mit Protonen oder Bleiionen mit Bleiionen - durchgeführt worden.

 Um 1:26 Uhr am Morgen des 13. September 2012 seien die ersten Teilchenstrahlen im LHC kollidiert, berichtet das europäische Kernforschungszentrum Cern. Die Kollisionen seien der Auftakt für eine Experimentenreihe mit Protonen und Schwerionen, die Anfang 2013 stattfinden sollen. Die Kollisionen am Donnerstagmorgen sowie weitere, die für diese Woche geplant sind, dienen der Vorbereitung dieser Versuche, für die der Beschleuniger selbst sowie dessen vier Detektoren angepasst werden müssen.

Strahlen mit verschiedenen Teilchen

Strahlen mit verschiedenen Teilchen durch den LHC zu jagen und aufeinander prallen zu lassen, stelle die Forscher vor einige Schwierigkeiten, erklärt John Jowett, der für die Kollisionen der Bleiionen zuständig ist. Die Kollisionen seien in der Energie asymmetrisch, was die vier Experimente vor Schwierigkeiten stellen.

Zudem bewegen sich Protonen und Ionen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, - obwohl sie beide beinahe mit Lichtgeschwindigkeit durch die 27 Kilometer lange Röhre jagen. Um den Unterschied auszugleichen, mussten die Magnetfelder, die die Teilchen beschleunigen so modifiziert werden, dass die Bahn der Protonen in der Röhre etwas anders ist als die der Ionen.

Im Januar und Februar 2013 wollen die Forscher im LHC Protonen und Schwerionen miteinander kollidieren lassen. Danach wird die Anlage zur Wartung und Instandsetzung eine Zeit lang stillgelegt.

Higgs nachgewiesen?

Der LHC ist derzeit der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt. Eine der wichtigsten Aufgaben der rund 5 Milliarden Euro teuren Anlage war die Suche nach dem Higgs-Teilchen, einem Elementarteilchen, dessen Existenz der schottische Physiker Peter Higgs in den 1960er vorhergesagt hatte, das aber noch experimentell nachgewiesen werden musste. Das ist inzwischen möglicherweise gelungen.

Der LHC soll noch bis in die 2020er Jahre in Betrieb bleiben. Inzwischen machen sich die Teilchenphysiker bereits Gedanken über die Zeit danach. Auf einem Symposium, das Anfang der Woche in Krakau stattfand, haben sie über die Langzeitstrategie ihrer Wissenschaft beraten. Dazu könnte der Bau eines neuen Beschleunigers zählen. Die neue Röhre könnte 80 Kilometer lang werden.

Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

Das Time Magazin hat 2012 nicht nur eine Person, sondern auch ein Partikel des Jahres gekürt. Der Titel geht konkurrenzlos an das Higgs-Boson, das mutmaßlich am Large Hadron Collider nachgewiesen wurde.

"Vergesst die Person des Jahres", schreibt das US-Nachrichtenmagazin Time. Die Entdeckung des Higgs-Bosons am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) sei "eine der größten Leistungen der Wissenschaft".

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Quelle : www.golem.de

[dada]

Da kann ich nur zustimmen!

[Jürgen]

Naja, sicher ist das zunächst eine naheliegende Idee.

Aber "Elementarteilchen des Jahres" sind sicher nicht als regelmäßige Einrichtung zu erwarten.

Was sollte denn z.B. in 2013 folgen können?

Ein erstes wesentliches Partikel Dunkler Materie?
Wohl kaum schon zu erwarten.

Ein nachgewiesenes Gravitron oder Tachyon?
Erst recht nicht.

Und selbst wenn man irgendein Quatsch-Teilchen für 2013 fände, so sinkt doch die Chance für eine neue Entdeckung von Jahr zu Jahr, auch wegen des oft enormen technischen Aufwands.

Sollte allerdings eine völlig neue Kategorie von Elementarteilchen gefunden werden, könnte, wie bei den Quarks, kurzfristig ein ganzer Schwarm zu entdecken sein, dann wieder lange nix.

Entdeckungen und Nachweise kann man ebensowenig zeitlich planen wie neue Erkenntnisse oder Theorien.

Das wird also ganz sicher nix, mit irgendeinem regelmäßigen Schema für "Elementarteilchen des Jahres"

Jürgen

[SiLæncer]

Im US-Teilchenbeschleuniger RHIC werden voraussichtlich bald keine Schwerionen mehr kollidieren. Wegen Budgetkürzungen im US-Energieministerium soll die Anlage geschlossen werden.

Die USA sollen ihren letzten Hochenergie-Teilchenbeschleuniger, den Relativistic Heavy Ion Collider, schließen. Das hat eine Gruppe von Wissenschaftlern vorgeschlagen. Grund ist das knappe Budget des US-Energieministeriums.

Der Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) gehört zum Brookhaven National Laboratory (BNL) in Upton im US-Bundesstaat New York, das vom US-Energieministerium (Department of Energy, DOE) betrieben wird. Im RHIC lassen Wissenschaftler Schwerionen kollidieren. Bei den Kollisionen entstehen Bedingungen ähnlich denen kurz nach dem Urknall. Aus den Ergebnissen gewinnen Forscher Erkenntnisse über die Entstehung des Universums.

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Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

Nachdem der LHC knapp drei Jahre lang im Dauerbetrieb gelaufen ist, müssen jetzt wichtige Arbeiten an der Anlage durchgeführt werden. In den kommenden zwei Jahren wird der LHC gewartet und für die volle Leistung aufgerüstet. 2015 sollen wieder Kollisionen stattfinden.

Der Large Hadron Collider (LHC) wird für zwei Jahre stillgelegt. In dieser Zeit werde der Teilchenbeschleuniger gewartet und aufgerüstet, hat das Cern mitgeteilt.

Der Teilchenbeschleuniger sei drei Jahre lang - 2010, 2011 und 2012 - in Betrieb gewesen, unterbrochen nur von wenigen Wochen, in denen Arbeiten an der Anlage durchgeführt werden konnten, erklärt Cern-Technikchef Frédérick Bordry. Diese Zeit sei aber zu kurz gewesen, um nötige Wartungsarbeiten durchzuführen. Diese sollen nun erfolgen.

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Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

Forscher haben ein weiteres Elementarteilchen entdeckt, das sich beim Zerfall anders verhält als sein Antiteilchen. B-Mesonen mit Strangeness sind erst das vierte Teilchen, bei dem ein solches Verhalten nachgewiesen wurde.

Eigentlich hätte nach dem Urknall Materie und Antimaterie in gleicher Menge entstehen müssen. Doch wir leben in einem Universum aus Materie. Die Natur zieht offensichtlich Materie der Antimaterie vor. Cern-Forscher haben einen weiteren Hinweis auf diese Asymmetrie gefunden.

Die Forscher des Experiments Large Hadron Collider beauty (LHCb) haben eine Asymmetrie beim Zerfall von einem weiteren Elementarteilchen festgestellt. B-Mesonen mit Strangeness verhalten sich beim Zerfall anders als ihr Antimaterie-Pendant.

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Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

Eine internationale Kooperation von Physikern hat die Pläne für einen neuen Teilchenbeschleuniger veröffentlicht. Auf deren Basis wird jetzt über Finanzierung und Standort entschieden.

International Linear Collider (ILC) heißt das nächste Großprojekt der Teilchenphysik: An diesem Teilchenbeschleuniger soll die Forschungsarbeit des Large Hadron Collider (LHC) fortgeführt werden. Die Linear Collider Collaboration hat die technischen Details zu der Anlage veröffentlicht.

Der ILC ist ein 31 Kilometer langer Teilchenbeschleuniger, in dem Wissenschaftler Elektronen und Positronen kollidieren lassen wollen. Anders als der LHC ist der ILC nicht ringförmig. Die Elementarteilchen werden auf zwei geraden Bahnen beschleunigt und sollen dann mit einer Energie von 500 Gigaelektronenvolt (GeV) kollidieren. Zwei Detektoren sollen die Kollisionen aufzeichnen.

Ergänzung zum LHC

Die Anlage wird eine Ergänzung zum LHC: Aus den Experimenten wollen die Physiker unter anderem weitere Erkenntnisse über das Higgs-Boson, das mutmaßlich am LHC entdeckt worden ist, sowie über dunkle Materie gewinnen, die einen Großteil der Materie im Universum ausmacht.

Der jetzt veröffentlichte Technical Design Report (TDR) beschreibt, wie die Anlage aussehen soll, enthält einen Plan zum Bau der Anlage und geht auf Kosten und Risiken ein. Damit ist die Planungsphase abgeschlossen. Der TDR ist die Grundlage, auf der die Regierungen der beteiligten Länder über das Projekt entscheiden.

Morgen mit Bauen anfangen

Die Anwendung sei klar, die Technik verfügbar, sagt Barry Barish von der Linear Collider Collaboration. "Wir könnten morgen anfangen zu bauen. Alles, was wir brauchen, ist eine klare politische Äußerung", fordert er. Es gebe deutliche Anzeichen dafür, dass Japan dieses Projekt im Land haben wolle.

Die Baukosten für die Anlage werden auf knapp acht Millionen US-Dollar geschätzt. Mögliche Standorte sind das Cern in Genf, das Fermilab in den USA oder die japanische Insel Kyushu. Japan gilt derzeit als wahrscheinlicher Standort, weil sich sowohl die Regierung als auch die Wissenschaftler dafür einsetzen.

Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

Eigentlich sollte der weltgrößte Teilchenbeschleuniger am CERN Ende März wieder hochgefahren werden. Da funkt nun aber wohl ein Kurzschluss dazwischen. Das könnte den Fahrplan um wenige Tage oder aber auch Wochen verzögern.

Ein Kurzschluss verzögert die Vorbereitungen für den zweiten Lauf des Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Wie das Europäische Kernforschungszentrum mitteilte, wurden sieben der acht Sektionen des weltgrößten Teilchenbeschleunigers nach den Testläufen bereits für Energien von 6,5 TeV (Tera-Elektronenvolt) freigegeben. Beim letzten sei aber am vergangenen Wochenende in einem der Magneten ein Kurschluss festgestellt worden. Weil die Magneten aber auf weniger als 2 Kelvin (-271,3 Grad Celsius) heruntergekühlt sind, könnte es länger dauern das Problem zu beheben.

Eventuell könnte es nötig werden, für die Reparatur den betroffenen Magneten zu erwärmen und dann wieder herunter zu kühlen. Das könnte dann aber Tage oder sogar Wochen in Anspruch nehmen. Gegenwärtig werde das geprüft, aber die Auswirkungen seien auch in diesem Fall minimal. Man habe mit 2015 ein ganzes Jahr um die verbesserte Maschine zu überprüfen, bevor ab 2016 die Experimente wieder aufgenommen werden soll. CERN-Direktor Rolf Heuer meint dazu, "ein paar Wochen Verspätung beim Versuch der Menschheit, das Universum zu verstehen, ist wenig mehr als ein Augenblinzeln."

Diese Verzögerung steht derzeit am der zweijährigen Ausbauphase des LHC. Einmal wieder hochgefahren, soll er fast doppelt so leistungsfähig sein wie zuvor. Die Protonenstrahlen, die bei ihrer Kollision einen Blick auf die elementarsten Teilchen freigeben, sollen dann bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV kollidieren. Vor dem Ausbau waren es 8 TeV. Der Ring des LHC liefert dabei quasi die Strahlenbündel an die insgesamt vier eingebauten Experimente, in denen Kollisionen ausgelöst und untersucht werden. Neben Alice und LHCb sind das noch die beiden größeren ATLAS und CMS.

Quelle : www.heise.de

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Zum ersten Mal seit zwei Jahren werden wieder Protonenstrahlen durch den knapp 27 Kilometer langen unterirdischen LHC-Ringtunnel geschickt, teilte das Europäische Kernforschungszentrum (CERN) am Ostersonntag mit.

Der weltweit größte Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) ist nach einer umfassenden Modernisierung an diesem Ostersonntag wieder angelaufen. Zum ersten Mal seit zwei Jahren würden wieder Protonenstrahlen durch den knapp 27 Kilometer langen unterirdischen Ringtunnel geschickt, erklärte das Europäische Kernforschungszentrum (CERN).

Eigentlich sollte der Teilchenbeschleuniger bereits Ende März wieder hochgefahren werden. Ein Kurzschluss in einem der Magnetschaltkreise hatte jedoch zu einer mehrtägigen Verzögerung geführt. Die aktuellen Aktivitäten können in einem Live-Blog des CERN verfolgt werden.

Künftig sollen gegenläufige Protonenstrahlen mit einer Kollisionsenergie von 13 Teraelektronenvolt (TeV) aufeinanderprallen – vor dem LHC-Ausbau waren es maximal 8 TeV. Während der zweiten Phase des LHC-Projekts konzentrieren sich die Wissenschaftler unter anderem auf folgende Themen: Erklärung des Higgs-Mechanismus, Dunkle Materie, Antimaterie, Erzeugung des sogenannten Quark-Gluon-Plasma.

Quelle : www.heise.de