Die glänzende Zukunft von LHC | Wissenschaft 2020

Anonim

Der Large Hadron Collider befindet sich nun im letzten Jahr der zweiten Datenerfassungssaison: Während der Superpartikelbeschleuniger in den üblichen Winterstoppmonaten ruht, arbeiten seine Forscher fieberhaft an den von 2015 bis heute gesammelten Daten.

Neuer Look. Der zweite Lauf wird Ende 2018 enden, dann beginnt für LHC eine entscheidende Erneuerungsphase. Zwischen 2019 und 2020 ist eine lange Stilllegungsperiode vorgesehen, die technisch als "Stilllegung" bezeichnet wird.

In dieser Pause beginnen die Vorarbeiten zur Entwicklung des hochleuchtenden LHC, einer beeindruckenden Verbesserung des LHC, die dessen Helligkeit - dh die Anzahl der Partikelkollisionen pro Zeit- und Raumeinheit - um den Faktor 10 erhöht.

Zwischen 2025 und 2035 konnte der "neue" Large Hadron Collider 15 Millionen Higgs-Bosonen pro Jahr produzieren, verglichen mit 1, 2 Millionen in 2011-2012, als die Existenz des Partikels bestätigt wurde. "Wir brauchten mehr Energie und mehr Daten", sagte der Sprecher des ATLAS-Experiments, Richard Polifka, gegenüber IFLS.

Image Ein Magnetmodell für den High-Luminosity LHC. | Robert Hradil, Monika Majer / ProStudio22.ch

Upgrades. Je höher die Anzahl der Kollisionen ist, desto höher sind die Wahrscheinlichkeiten, ein noch nie entdecktes Teilchen zu identifizieren oder die bisher entdeckten Phänomene genauer zu analysieren. Dieses ehrgeizige Ziel erfordert den Einbau neuer Komponenten in 1, 2 km des 27 km langen Beschleunigers. Darunter befindet sich ein neuer Satz supraleitender Magnete (hundert von elf verschiedenen Typen) an den Seiten der ATLAS- und CMS-Experimente, mit denen die Partikel stärker komprimiert werden sollen, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu erhöhen.

Die Art und Weise der Interpretation der Daten wird sich ebenfalls ändern. Bei so vielen Signalen müssen wir von Zeit zu Zeit einen schnellen Weg finden, um uns auf die wichtigsten Ereignisse zu konzentrieren. Die neuen Detektoren, die installiert werden, haben eine Pikosekunden-Antwort (eine Tausendstel-Milliardstel-Sekunde), die diesem Zweck dient.

Empowered. ATLAS und CMS sind die beiden generischen LHC-Experimente, mit denen relevante Daten aus der Kollision zwischen Partikeln identifiziert werden sollen. Die anderen beiden wichtigsten sind ALICE für die Untersuchung eines extremen Materiezustands (das Quark-Gluon-Plasma, das in den ersten Momenten des Lebens des Universums existierte) und LHCb, das versucht, die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie in der zu messen Universo. Beide werden sich nach 2019 grundlegend ändern.

LHCb wird sich mit einer Verbesserung befassen, die es ihm ermöglicht, eine Datenstichprobe zu sammeln, die etwa zehnmal größer ist als die bisher gesammelten. Gegenwärtig erlauben ihm die Altersbeschränkungen nicht, einige Vorhersagen zum Partikelverfall mit der erforderlichen Genauigkeit zu testen. ALICE wird auch ein Upgrade erhalten, mit dem die Datenerfassungsrate gegenüber heute um das 100-fache gesteigert werden kann. Der innerste Detektor wird ersetzt, und Sensoren, die dünner als ein Haar sind, werden hergestellt, damit die Partikel, die durch ihn hindurchtreten, eine minimale Störung erfahren.

Im Jahr 2021 beginnt der dritte Lauf, in dem alle Anstrengungen auf das Projekt "Hi-Lumi", den "neuen Kurs" des LHC, konzentriert werden. Die Hoffnung besteht darin, in dieser neuen Phase zu ungewöhnlicheren und unerwarteteren Wechselwirkungen wie den denkbaren zwischen Partikeln der dunklen Materie und dem Higgs-Boson beitragen zu können.