Auf der Suche nach den kleinsten Teilchen Cern-Forscher starten neue Experimente mit stärkerem Teilchenbeschleuniger
Paris · Hinsichtlich der Zusammensetzung der Materie gibt es noch viele offene Fragen. Cern-Forscher erhoffen sich jetzt neue Erkenntnisse. Entscheidend dafür soll der Teilchenbeschleuniger sein, der extra aufgerüstet wurde.
Zehn Jahre nach der Entdeckung des Higgs-Teilchens laufen am Dienstag neue Experimente im weltweit größten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger LHC in der Nähe von Genf an. Die Wissenschaftler der Europäische Organisation für Kernforschung (Cern) versprechen sich davon neue Entdeckungen. Auf diese Weise wollen sie die Geheimnisse der Materie weiter entschlüsseln.
Nach einer dreijährigen Modernisierungspause wurde der Large Hadron Collider (LHC) im April wieder in Betrieb genommen, um seinen dritten Durchlauf vorzubereiten. Ab Dienstag wird er fast vier Jahre lang rund um die Uhr mit einer Rekordenergie von 13,6 Tera-Elektronenvolt (TeV) arbeiten, wie die Cern-Forscher mitteilten.
Dabei werden zwei Protonenstrahlen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und kreisen in entgegengesetzter Richtung in dem 27 Kilometer langen Ringtunnel 100 Meter unter der Erde. Die Kollisionen der Protonen werden von tausenden Wissenschaftlern im Rahmen einer Reihe von Experimenten aufgezeichnet und analysiert.
„Wir streben eine Rate von 1,6 Milliarden Proton-Proton-Kollisionen pro Sekunde an“, sagt Cern-Forscher Mike Lamont. Je heftiger diese Kollisionen sind, desto besser können die Teilchen „aufgebrochen“ werden, um ihre Bestandteile und Wechselwirkungen zu identifizieren. Um die Kollisionsrate zu erhöhen, würden die Protonenstrahlen auf weniger als zehn Mikrometer verengt, erklärt Lamont. Ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick.
Im Vergleich zum ersten Durchlauf des Teilchenbeschleunigers wird es nun 20 Mal mehr Kollisionen geben. „Das ist eine erhebliche Steigerung und ebnet den Weg für neue Entdeckungen“, sagt Lamont.
Die höhere Energie wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, das Higgs-Boson weiter zu untersuchen, dessen Nachweis das Cern am 4. Juli 2012 verkündet hatte. Es handelte sich um den letzten fehlenden Baustein im Standardmodell der Teilchen-Physik.
Mit dem sogenannten Higgs-Mechanismus erklären Physiker seit 1964, wie die Teilchen - also die Grundbausteine der Materie - ihre Masse erhalten. Mehrere neuere Entdeckungen haben Fragen zum Standardmodell aufgeworfen, die im aufgerüsteten Teilchenbeschleuniger nun eingehend untersucht werden sollen.
Es gebe noch viel über das Boson zu lernen, sagt der deutsche Physiker Joachim Mnich, Forschungsleiter des Cern. „Ist es ein Elementarteilchen oder ein zusammengesetztes? Ist es das einzige Higgs-Teilchen oder gibt es noch andere?“, nennt Mnich zwei der offenen Fragen.
Bisherige Experimente haben nicht nur die Masse des Higgs-Bosons bestimmt, sondern auch mehr als 60 vom Standardmodell vorhergesagte zusammengesetzte Teilchen entdeckt, wie zum Beispiel das Tetraquark.
„Aber Teilchen sind nur die Manifestation eines Phänomens“, sagt Gian Giudice, Leiter der Cern-Abteilung für theoretische Physik. Das Ziel der Teilchenphysik bestehe jedoch darin, „die grundlegenden Prinzipien der Natur zu verstehen“. Zum Beispiel die Natur der hypothetischen Dunklen Materie oder der nicht weniger mysteriösen Dunklen Energie.
Neun Experimente werden die Teilchenproduktion des Beschleunigers nutzen und zum Beispiel das Urplasma untersuchen, das in den ersten zehn Mikrosekunden nach dem Urknall vorherrschte.
Vier Jahre soll der Teilchenbeschleuniger - die größte Maschine der Welt - nun laufen. Doch die Cern-Forscher blicken längst weiter in die Zukunft und planen einen neuen Beschleuniger: Der Ringtunnel des Future Circular Collider (FCC) soll 100 Kilometer lang sein.
