Erfahren Sie, wie Sie sich am CERN engagieren können
Aus der Vogelperspektive auf den LHC
(Credit: CERN)
Der Large Hadron Collider (LHC) ist der bei weitem leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger, der bisher gebaut wurde. Nach einer Aufrüstung arbeitet der LHC jetzt mit einer Energie, die 7-mal höher ist als die aller vorherigen Maschinen! Der LHC befindet sich im europäischen Teilchenphysiklabor CERN in der Nähe von Genf in der Schweiz. Das CERN ist das größte Labor der Welt und widmet sich der Grundlagenforschung.
Mit dem LHC können Wissenschaftler die Bedingungen reproduzieren, die innerhalb einer Milliardstel Sekunde nach dem Urknall herrschten, indem sie Strahlen hochenergetischer Protonen oder Ionen mit kolossalen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen lassen. In diesem Moment, vor etwa 13,7 Milliarden Jahren, soll das Universum mit einer Explosion von Energie und Materie begonnen haben. In diesen ersten Momenten entstanden alle Teilchen und Kräfte, die unser Universum formen, und definierten das, was wir heute sehen.
Entwicklung des Universums nach dem Urknall
(Credit: CERN)
Der LHC ist genau das, was sein Name vermuten lässt – ein großer Beschleuniger für Hadronen (alle Teilchen, die aus Quarks bestehen). Genau genommen bezieht sich LHC auf den Collider, eine Maschine, die das Prädikat „groß“ verdient, denn sie wiegt nicht nur mehr als 38.000 Tonnen, sondern verläuft auch über 27 km in einem kreisförmigen Tunnel 100 m unter der Erde. Die Teilchen werden in zwei Strahlen mit Geschwindigkeiten von 11.000 Umläufen pro Sekunde um den LHC herumgeschleudert, geleitet von massiven supraleitenden Magneten! Diese beiden Strahlen kreuzen sich dann, und einige der Teilchen prallen frontal aufeinander.
Der Collider ist jedoch nur einer von drei wesentlichen Bestandteilen des LHC-Projekts. Die anderen beiden sind:
Wartung an der LHC-Strahllinie
(Credit: CERN)
- Die Detektoren
Jeder der vier Hauptdetektoren sitzt in riesigen Kammern rund um den LHC-Ring, um die Ergebnisse der kollidierenden Teilchen zu erkennen. ATLAS, ALICE, CMS und LHCb. - Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
Ein globales Netzwerk von Computern und Software, das für die Verarbeitung der von allen LHC-Detektoren aufgezeichneten Datenmengen unerlässlich ist.
Der LHC ist wirklich von globaler Bedeutung, da das LHC-Projekt von einer riesigen internationalen Gemeinschaft von Wissenschaftlern und Ingenieuren unterstützt wird. Sie arbeiten in multinationalen Teams auf der ganzen Welt und bauen und testen Geräte und Software, nehmen an Experimenten teil und analysieren die Daten. Das Vereinigte Königreich spielt eine wichtige Rolle in dem Projekt und hat Wissenschaftler und Ingenieure, die an allen wichtigen Experimenten arbeiten.
Im Vereinigten Königreich sind Ingenieure und Wissenschaftler an 20 Forschungsstandorten an der Entwicklung und dem Bau von Geräten und der Analyse von Daten beteiligt. Britische Forscher sind an allen vier Hauptdetektoren und dem Computer GRID beteiligt. Das britische Personal am CERN spielt eine führende Rolle bei der Verwaltung und dem Betrieb des Colliders und der Detektoren.
LHC Computing Grid Globus im Rechenzentrum
(Credit: CERN)
Die Gesamtkosten für den Bau des LHC beliefen sich auf ca. £3.74 Milliarden Pfund, die sich aus drei Hauptkomponenten zusammensetzen1:
- Der Beschleuniger (3 Milliarden Pfund)
- Die Experimente (728 Millionen Pfund)
- Die Computer (17 Millionen Pfund)
Die Gesamtkosten wurden hauptsächlich von den 20 Mitgliedstaaten des CERN getragen, wobei die sechs Beobachterstaaten einen erheblichen Beitrag leisteten.
Im Rahmen des LHC-Projekts waren 111 Länder an der Entwicklung, dem Bau und dem Testen von Geräten und Software beteiligt und nehmen nun an den Experimenten und der Datenanalyse teil. Der Grad der Beteiligung ist von Land zu Land unterschiedlich, wobei einige Länder mehr finanzielle und personelle Ressourcen beisteuern können als andere.
1 CERN, Fragen Sie einen Experten
Viele der britischen Universitäten leisten einen Beitrag zum CERN durch Forschung und unterstützen die Wissenschaft auf die eine oder andere Weise. Aber es gibt vor allem 20 Universitäten mit britischen LHC-Zentren:
- Brunel University (HEP Group)
- Imperial College – University of London (HEP Group)
- Lancaster University (HEP Group)
- Oxford University (PP Group)
- Queen Mary – University of London (PP Group)
- Royal Holloway – University of London (PP Group)
- STFC Rutherford Appleton Laboratory (PPD Group)
- University College London (HEP Gruppe)
- Universität von Birmingham (EPP-Gruppe)
- Universität von Bristol (PP-Gruppe)
- Universität von Cambridge (HEP-Gruppe)
- Universität von Durham (IPPP, CPT)
- Universität von Edinburgh (PPE-Gruppe, PPT-Gruppe)
- Universität von Glasgow (PPE-Gruppe, PPT-Gruppe)
- Universität von Liverpool (PP-Gruppe)
- Universität von Manchester (PP-Gruppe)
- Universität von Sheffield (PP-Gruppe)
- Universität von Sussex (EPP-Gruppe, TPP-Gruppe)
- Universität Swansea (TPP-Gruppe)
- Universität Warwick (EPP-Gruppe)
Der LHC wurde in einem Tunnel gebaut, der ursprünglich für einen früheren Collider, den LEP (Large Electron Positron Collider), errichtet wurde. Dies war die wirtschaftlichste Lösung, um sowohl LEP als auch den LHC zu bauen. Es war billiger, einen unterirdischen Tunnel zu bauen, als ein entsprechendes Grundstück zu erwerben. Durch die unterirdische Verlegung der Maschine werden auch die Auswirkungen des LHC und der damit verbundenen Aktivitäten auf die Umwelt erheblich reduziert.
Das Gestein, das den LHC umgibt, ist ein natürlicher Schutzschild, der die Menge der natürlichen Strahlung, die den LHC erreicht, und damit auch die Interferenzen mit den Detektoren reduziert. Umgekehrt wird die Strahlung, die beim Betrieb des LHC erzeugt wird, durch 50 bis 100 Meter Gestein sicher zur Umgebung abgeschirmt.
Kann der LHC ein neues Universum erschaffen?
Man spricht manchmal davon, dass der LHC den Urknall nachstellt, aber das ist irreführend. Was sie eigentlich meinen, ist:
- Nachbildung der Bedingungen und Energien, die kurz nach dem Beginn des Urknalls herrschten, nicht des Zeitpunkts, an dem der Urknall begann
- Nachbildung der Bedingungen in einem winzigen Maßstab, nicht in der gleichen Größenordnung wie der ursprüngliche Urknall
- Erschaffung von Energien, die ständig auf natürliche Weise erzeugt werden (durch hochenergetische kosmische Strahlung, die auf die Erdatmosphäre trifft), aber nach Belieben und innerhalb hochentwickelter Detektoren, die das Geschehen verfolgen
Kein Urknall – also keine Möglichkeit, ein neues Universum zu schaffen.
Das CERN war nie an der Erforschung von Kernkraft oder Kernwaffen beteiligt, hat aber viel dazu beigetragen, unser Verständnis der grundlegenden Struktur des Atoms zu verbessern.
Der Titel CERN ist eigentlich ein historisches Überbleibsel, der Name des Rates, der gegründet wurde, um eine europäische Organisation für Physikforschung von Weltrang zu schaffen. CERN steht für „Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire“ (oder Europäischer Rat für Kernforschung). Zu der Zeit, als CERN gegründet wurde (1952 – 1954), erforschte die physikalische Forschung das Innere des Atoms, was das Wort „nuklear“ in seinem Titel erklärt. Der Rat wurde aufgelöst, als die neue Organisation (die Europäische Organisation für Kernforschung) gegründet wurde, aber der Name CERN blieb bestehen.
Das ist höchst unwahrscheinlich, und zwar aus zwei Hauptgründen:
Erstens haben das CERN und die dort arbeitenden Wissenschaftler und Ingenieure und ihre Forschung kein Interesse an Waffenforschung. Sie versuchen zu verstehen, wie die Welt funktioniert, und ganz sicher nicht, wie man sie zerstören kann.
Zweitens benötigen die am LHC erzeugten Hochenergie-Teilchenstrahlen eine riesige Maschine, die 120 Megawatt Strom verbraucht und 91 Tonnen unterkühltes flüssiges Helium enthält. Die Strahlen selbst haben viel Energie (das Äquivalent eines ganzen Eurostar-Zuges, der mit Höchstgeschwindigkeit fährt), aber sie können nur in einem Vakuum aufrechterhalten werden. Würde der Strahl in die Atmosphäre freigesetzt, würde er sofort mit den Atomen in der Luft wechselwirken und seine gesamte Energie in extrem kurzer Zeit abgeben.
Der LHC erzeugt zwar sehr hohe Energien, aber diese Energieniveaus sind auf winzige Volumina innerhalb der Detektoren beschränkt. Jede Sekunde werden viele hochenergetische Teilchen aus Kollisionen erzeugt, aber die Detektoren sind so konstruiert, dass sie alle Teilchen (außer Neutrinos) aufspüren und aufhalten, da die Erfassung der gesamten Energie aus den Kollisionen für die Identifizierung der erzeugten Teilchen unerlässlich ist. Der überwiegende Teil der Energie aus den Kollisionen wird von den Detektoren absorbiert, was bedeutet, dass nur sehr wenig Energie aus den Kollisionen entweichen kann.
Kollisionen mit weitaus höheren Energien als die des Experiments sind im Universum durchaus üblich! Sogar die Sonnenstrahlung, die unsere Atmosphäre bombardiert, kann zu denselben Ergebnissen führen; in den Experimenten wird dies auf kontrolliertere Weise für wissenschaftliche Studien durchgeführt. Die Hauptgefahr bei diesen Energieniveaus besteht für die LHC-Maschine selbst. Der Teilchenstrahl hat die Energie eines mit voller Geschwindigkeit fahrenden Eurostar-Zuges, und sollte etwas passieren, das den Teilchenstrahl destabilisiert, besteht die reale Gefahr, dass die gesamte Energie in die Wand des Strahlrohrs und die Magnete des LHC abgelenkt wird, was zu großen Schäden führt.
Der LHC verfügt über mehrere automatische Sicherheitssysteme, die alle kritischen Teile des LHC überwachen. Sollte etwas Unerwartetes passieren (z. B. ein Strom- oder Magnetausfall), wird der Strahl automatisch in einen blinden Tunnel geschleudert, wo seine Energie sicher abgeleitet wird. Das alles geschieht in Millisekunden, was bedeutet, dass die Teilchen weniger als 3 Kreisläufe durchlaufen haben, bevor der Abwurf abgeschlossen ist.
Kontakte
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UK CERN Liaison and Accelerator Programme Manager
Tel: +44 (0)1793 442 027
Anthony Davenport
Programme Support Manager
Tel: +44 (0)1793 442 004
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