Large Hadron Collider

Wie es funktioniert

Der LHC ionisiert Wasserstoffatome, um ihre Protonen zu erhalten. Ein Wasserstoffatom besteht aus nur einem Proton und einem Elektron. Wenn sie die Atome ionisieren, entfernen sie das eine Elektron, um ihm eine positive Nettoladung zu geben. Die Wasserstoffprotonen werden dann von Elektromagneten durch den Kreis geleitet. Damit die Magnete stark genug sind, muss es sehr kalt sein. Das Innere des Tunnels wird durch flüssiges Helium gekühlt. Sie halten die Temperatur knapp über dem absoluten Nullpunkt. Die Protonen treffen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aufeinander und wandeln sich mit E=mc2 in Energie um. Dann kehrt es sich um und erzeugt Masse. An der Kollisionsstelle befinden sich vier Detektorschichten. Die Explosion durchläuft jede Schicht, und jeder Detektor zeichnet ein anderes Stadium der Reaktion auf.

Wenn die Teilchen aufeinander treffen, wird ihre Energie in viele verschiedene Teilchen umgewandelt, und empfindliche Detektoren verfolgen die entstandenen Stücke. Durch sorgfältiges Betrachten der Detektordaten können die Wissenschaftler untersuchen, woraus die Teilchen bestehen und wie die Teilchen wechselwirken. Dies ist die einzige Möglichkeit, einige Teilchen nachzuweisen, da zu ihrer Erzeugung sehr hohe Energie benötigt wird. Die Teilchenkollisionen des LHC haben die benötigte Energie.

Der LHC besteht aus drei Hauptteilen. Es gibt den Teilchenbeschleuniger, die vier Detektoren und das Gitter. Der Beschleuniger erzeugt die Kollision, aber die Ergebnisse können nicht direkt beobachtet werden. Die Detektoren wandeln sie in verwertbare Daten um und senden sie an das Grid. Das Grid ist ein Computernetzwerk, das die Forscher benutzen, um die Daten zu interpretieren. Es gibt 170 Standorte in 36 verschiedenen Ländern, die mit normalen Desktop-Computern gefüllt sind. Alle diese Computer sind miteinander verbunden, und zusammen fungieren sie als Supercomputer. Das Grid des LHC gilt als der leistungsfähigste Supercomputer, der je gebaut wurde. Die Computer teilen sich Rechenleistung und Datenspeicherplatz.

Das Grid ist sehr leistungsfähig, aber es kann nur etwa ein Prozent der Daten aufnehmen, die es von den Detektoren erhält. Seine Grenzen haben Versuche motiviert, Quantencomputer zu schaffen, die das, was uns der LHC über die Quantenmechanik beigebracht hat, nutzen könnten, um schnellere Computer zu bauen.

Die Wissenschaftler benutzten den LHC, um das Higgs-Boson zu finden, ein Teilchen, dessen Existenz vom Standardmodell vorhergesagt wird.

Einige Leute dachten, der LHC könnte ein Schwarzes Loch erzeugen, was sehr gefährlich wäre. Es gibt zwei Gründe, sich keine Sorgen zu machen. Der erste ist, dass der LHC nichts getan hat, was die kosmische Strahlung, die jeden Tag auf die Erde trifft, nicht auch tut, und diese Strahlung erzeugt keine Schwarzen Löcher. Der zweite Grund ist, dass, selbst wenn der LHC schwarze Löcher erzeugen würde, diese sehr klein wären. Je kleiner ein Schwarzes Loch ist, desto kürzer ist seine Lebensdauer. Sehr winzige Schwarze Löcher würden verdampfen, bevor sie Menschen verletzen könnten.

Der LHC wurde zum ersten Mal am 10. September 2008 eingesetzt, aber er funktionierte nicht, weil ein Kühlsystem kaputt ging. Die Magnete, die helfen, die geladenen Teilchen zu bewegen, müssen kalt sein. Das Versagen führte zum Zusammenbruch eines Teils der Anlage. Das Labor schloss für den Winter, und der Collider wurde erst im November 2009 wieder benutzt. Während er repariert wurde, benutzten die Wissenschaftler das Tevatron, um nach dem Higgs-Boson zu suchen. Als der LHC im November 2009 wieder gestartet wurde, stellte er einen neuen Geschwindigkeitsrekord auf, indem er Protonen auf 1,18 TeV (Teraelektronenvolt, oder Billionen Elektronenvolt) beschleunigte. Am 30. März 2010 erzeugte der LHC eine Kollision bei 3,5 TeV.