Das Europäische Kernforschungszentrum CERN in Genf wird am 8. April den Large Hadron Collider (LHC), den weltweit grössten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger, in Betrieb nehmen. Ziel ist es, innerhalb von Atomen nach unsichtbaren Teilchen zu suchen, die unser Universum heimlich antreiben.
Der LHC, der Protonen miteinander kollidieren lässt, hat bereits 2012 die Existenz einer Teilchengruppe bestätigt. Nun hofft man, weitere Geheimnisse des Universums zu enthüllen. Das CERN-Team hat den LHC wieder in Betrieb genommen, um Dunkle Materie zu erforschen.
Die Vorbereitungen begannen mit Tests, bei denen Milliarden von Protonen um den Ring aus supraleitenden Magneten geschickt wurden, um ihre Energie zu steigern und sicherzustellen, dass das Experiment funktioniert. Im nächsten Schritt werden die Protonen nun durch einen 17 Meilen (rund 27 km) langen Tunnel geschossen, um Bedingungen kurz nach dem Urknall zu reproduzieren.
Bis Ende des Jahres wird der LHC das Experiment fortsetzen und dann in einen langen Ruhezustand versetzt, um in die nächste Version, den High-Luminosity-LHC (HL-LHC), umgebaut zu werden. Der LHC wurde erstmals am 10. September 2008 in Betrieb genommen. Er funktioniert, indem er Protonen zur Kollision bringt, um sie zu zerlegen und die subatomaren Teilchen, aus denen sie bestehen, sowie deren Wechselwirkungen zu untersuchen.
Während Wissenschaftler bereits diesen Monat den leistungsstarken Teilchenbeschleuniger in Betrieb genommen haben, planen sie den nächsten Schritt für den 8. April. Das Ziel besteht darin, nach Dunkler Materie zu suchen, die einen Grossteil unseres Universums ausmacht, aber bisher noch nicht nachgewiesen wurde. Diese Arbeit wird Einblicke in die Entstehung des Universums und vielleicht in sein ultimatives Schicksal geben.
Das Experiment ist bemerkenswerterweise für den Tag angesetzt, an dem über Nordamerika eine totale Sonnenfinsternis stattfindet – ein spektakuläres Ereignis, bei dem der Mond die Sonne vollständig verdeckt und kurzzeitig Dunkelheit am Tag verursacht. Die Finsternis wird von schätzungsweise 32 Millionen Menschen entlang eines schmalen Pfads durch Nord- und Zentralamerika sichtbar sein und markiert die erste totale Sonnenfinsternis in den USA seit August 2017.
Der Zweck des LHC besteht darin, Wissenschaftlern zu ermöglichen, Vorhersagen aus verschiedenen Bereichen der Teilchenphysik zu verifizieren, einschliesslich der Messung der Eigenschaften des Higgs-Bosons oder des «Gottesteilchens». Das ist ein Puzzlestück, das Physikern beim Versuch fehlt, zu verstehen, wie das Universum funktioniert.
Wissenschaftler glauben, dass unmittelbar nach dem Urknall, der das Universum hervorbrachte, ein unsichtbares Energiefeld namens Higgs-Feld entstanden ist. Teilchen, die durch das Feld hindurchgingen, gewannen an Masse, was ihnen Grösse und Form verlieh und sie dazu befähigte, die Atome zu bilden, aus denen alles im Universum besteht.
Dies war die Theorie, die 1964 vom britischen Physiker Peter Higgs entwickelt und mittlerweile bestätigt wurde. Obwohl die Teilchen während des entsprechenden Teilchenbeschleuniger-Experiments fast augenblicklich zerfielen, hinterliessen sie eine Spur, die ihre Existenz enthüllte. Der LHC wird normalerweise nur einen Monat im Jahr verwendet, wurde jedoch in langen Zeiträumen für Upgrades heruntergefahren – zuletzt im Jahr 2022 aufgrund der Energiekrise in Europa.
Die Inbetriebnahme des LHC ist ein komplexer Prozess, bei dem alles «wie ein Orchester zusammenarbeiten muss». Rende Steerenberg, verantwortlich für den Betrieb im Kontrollraum des CERN, sagte 2022: «Dies geht mit einer gewissen Spannung, Nervosität einher», wobei er erklärte, dass viel schief gehen könne. So könnte es Hindernisse im Tunnel geben und Probleme mit Magneten geben.
Vielleicht wissen wir bald mehr darüber, «was die Welt im Innersten zusammenhält.»
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