LHC Status:
Energie: 6.5 TeV
max. Pakete pro Ring: 1177

Aktuelle Meldungen - 2010
oder



Für was steht folgende Abkürzung:


18.12.2010 - Keine Hinweise auf mikroskopische, schwarze Löcher
Der Nachweis sog. MBHs (micro black hole) wäre ein deutlicher Hinweis auf neue Physik. Die Planck-Skala, eine fundamentale Skala in der Physik, definiert den Gültigkeitsbereich der Quantentheorie und der allgemeinen Relativitätstheorie. Nach der klassischen Planck-Skala von 1016 TeV ist die Produktion mikroskopischer, schwarzer Löcher bei LHC-Energien ausgeschlossen. Durch die Annahme zusätzlicher Raumdimensionen würde die Planck-Skala jedoch bei weitaus geringeren Energien zu liegen kommen. Dadurch könnten bereits bei LHC-Energien MBHs produziert werden und durch deren Nachweis höherdimensionale Theorien wie z.B. das ADD-Modell (benannt nach den Physikern Arkani-Hamed, Dimopoulos und Dvali) experimentell bestätigt werden.

Eine MBH Produktion würde sich in den Detektoren durch die Bildung einer Vielzahl von Teilchenjets bemerkbar machen. Mit dem CMS-Detektor wurden nun Proton-Proton Kollisionen (bei einer Schwerpunktenergie von 7 TeV) nach solchen Signaturen durchsucht. Resultat: Die Produktion von mikroskopischer, schwarzer Löcher kann bis zur einer Masse von ungefähr 20 Bleiatomen (3.5–4.5 TeV) ausgeschlossen werden. Diese Ergebnisse schränken die Gültigkeitsbereiche vieler Theorien der Extradimensionen weiter ein.

ATLAS Publikation



Brane
Extradimensionen erhöhen die Wirkung der Gravitation bei kleinen AbstÄnden. Quelle: WdP


multijet
Multi-Jets (grüne Linien) dienen als Signatur von MBHs Quelle: CMS Outreach


06.12.2010 - End of run 2010
Das Jahr 2010 neigt sich dem Ende zu. Der Large Hadron Collider befindet sich nun in der Shutdown Phase und die Tunnelsysteme werden für allfällige Wartungsarbeiten wieder freigegeben. Am 21. Februar 2011 erfolgt dann der Restart des Beschleunigers - diesmal wieder mit Proton-Proton Kollisionen. Im Januar wird der jährliche Chamonix Workshop stattfinden, wo die Vorgehensweise für 2011 festgelegt wird. Eventuell besteht die Möglichkeit den Beschleuniger im nächsten Jahr statt wie bisher mit 7 TeV, mit 8 TeV zu fahren. Ob diese höhere Energie keine Gefahr für die Verbindungsstellen der Magnete darstellt, wird sich am Chamonix Workshop zeigen.



"The Globe" des CERN in weihnachtlichem Klima Quelle: CERN


27.11.2010 - Jet-Quenching
ATLAS und CMS gelang der Nachweis eines sog. Jet-Quenching. Ein Teilchenjet entsteht durch das sog. Confinement. Ist die Kollisionsenergie gross genug, können sich zwei Quarks voneinander entfernen und dabei Quark-Antiquark Paare erzeugen. Dieser Prozess wiederholt sich so oft, bis die Anfangsenergie in Materie umgewandelt ist (Hadronisierung). Die Flugrichtung der Teilchen die dabei entstehen, ist durch die Flugrichtung des ersten Teilchens bestimmt und dadurch einen trichterförmigen Jet bilden.

Teilchenjets die bei Proton-Proton Kollisionen entstehen treten meist paarweise auf und besitzen etwa die gleiche Energie. Bei Blei-Blei Kollisionen wird diese Symmetrie gebrochen. Durch die enorme Dichte des Quark-Gluon Plasma (QPC), kommt es zu Wechselwirkungen mit den Teilchen des Jets. Der Jet verliert dadurch Energie (Jet-Quenching). Durch diesen Prozess können die Eigenschaften eines QGP bestimmt werden. Das Jet-Quenching wurde erstmals am RHIC-Beschleuniger bei Gold-Gold Kollisionen beobachtet, jedoch zeigen die Resultate am CERN eine deutlich grössere Asymmetrie.

ATLAS Publikation: Nachweis einer Di-Jet Asymmetrie


Animation einer Blei-Ionen Kollision im ATLAS Detektor Quelle: ATLAS-Experiment


Simulation einer Pb-Pb Kollision: Rot/Blau/Grün=Quarks; Weiss=Hadronen Quelle: CERN


Dijet Asymmetrie im ATLAS Detektor Quelle: ATLAS-Experiment


Dijet Asymmetrie (Seitenansicht) Quelle: CMS Outreach


Dijet Asymmetrie (Frontalansicht) Quelle: CMS Outreach


20.11.2010 - Blei-Kollisionen: Erste Ergebnisse
Seit der Umstellung auf die Kollision von Blei-Ionen sind erst 2 Wochen vergangen, trotzdem konnten schon neue Erkenntnisse publiziert werden. Mit Hilfe des ALICE Detektors konnte die Anzahl geladener Teilchen gemessen werden die bei einer frontalen Kollision zweier Bleikerne entstehen - mit einem überraschendem Ergebnis. Die Teilchenzahl (ca. 18000 Teilchen) war viel höher als viele Theorien bisher vorhergesagt hatten.

Desweiteren wurden auch Kollisionen betrachtet die nicht frontal, sondern leicht versetzt verliefen. Mit diesen Daten konnte der sog. elliptische Fluss bestimmt werden welcher darauf schliessen lässt, dass sich ein Quark-Gluon-Plasma mehr wie eine ideale Flüssigkeit, als ein Gas verhält. Diese Beobachtung deckt sich auch mit denen am RHIC-Beschleuniger, die zum selben Schluss führen.

Auch das CMS-Experiment konnte neue Erfolge verbuchen. So wurde erstmals bei Schwerionen-Kollisionen Z-Bosonen nachgewiesen. All diese neuen Erkenntnisse werden dazu beitragen viele Theorien zu Schwerionenkollisonen auszuschliessen oder weiter zu verfeinern.

ALICE Publikation: Anzahl geladener Teilchen
ALICE Publikation: Elliptischer Fluss geladener Teilchen


Geladene Teilchen werden durch den ALICE-Magneten abgelenkt. Quelle: ALICE Collaboration


Frontansicht Quelle: ALICE Collaboration


Z-Kanididat identifiziert durch 2 Elektronen Quelle: CMS Outreach


Z-Kanididat identifiziert durch 2 Myonen Quelle: CMS Outreach


08.11.2010 - Erste Blei-Blei Kollisionen
Gestern um 0:30 Uhr erfolgten die ersten Blei-Blei Kollisionen. Da jedoch keine stabilen Strahlbedingungen vorlagen, konnten nur einzelne Detektorelemente von ALICE, CMS und ATLAS eingeschaltet werden. Danach mussten die Strahlen mehrmals gedumpt werden; unter anderem aufgrund eines Problems mit dem Quench Protection System, dessen Behebung einen Zugang zum LHC Tunnel erforderte. Heute um 11:20 Uhr herrschten dann stabile Bedingungen für eine vollständige Detektion der Kollisionen bei einer Schwerpunktenergie von 2.76 TeV. Diese Energie ist 13.5 mal so hoch wie die Energie des Schwerionenbeschleunigers RHIC in den USA.

Anmerkung: Die Schwerpunktenergie von 2.76 TeV bei einer Beschleunigungsenergie von 3.5 TeV ergibt sich aus:
Bleiisotop 208Pb: - > Kernladungszahl(Z)= 82, Neutronenzahl(N)= 126, Kernmassenzahl(A)= 208
Energie pro Nukleon: 3.5 TeV x 82 = 287 TeV / 208 = 1.38 TeV/Nukleon
Schwerpunktenergie: 2 x 1.38 TeV = 2.76 TeV


Erste Blei-Blei Kollision im ALICE Detektor. Quelle: ALICE Collaboration


Teilchenschauer in der TPC von ALICE. Quelle: ALICE Collaboration


Teilchenschauer im ATLAS Detektor. Quelle: ATLAS-Experiment


Eine Pb-Pb Kollision hinterlässt bis zu 3000 Teilchenspuren im Detektor. Quelle: ATLAS-Experiment


Teilchenschauer im CMS Detektor. Quelle: CMS Outreach


Teilchenschauer im CMS Detektor. Quelle: CMS Outreach


04.11.2010 - Es werde Licht
Der nächste Meilenstein steht an. Heute endete der LHC-Betrieb mit Protonen. Nun beginnen die Vorbereitungen für die ersten Blei-Ionen Injektionen. Zuerst werden nur einzelne Blei-Ionenpakete mit einer Energie von 450 GeV den LHC-Speicherring durchlaufen, um die Kollimatoren optimal auszurichten und Injektionstests durchzuführen. Danach werden die Teilchenstrahlen auf ihren Interaktionspunkt (IP) ausgerichtet um die Pakete zur Kollision zu bringen. Durch die Kollision zweier Blei-Ionen wird am IP für kurze Zeit ein Quark-Gluon-Plasma (QGP) mit einer Temperatur von mehreren Billiarden Grad Celsius entstehen - ein Zustand wie er kurz nach dem Urknall geherrscht haben müsste.
Da Blei-Ionenkollisionen eine vielfach höhere Teilchenschauerdichte aufweisen als die Kollision zweier Protonen, stellt dies eine besondere Herausforderung für die Detektoren und das WLCG, das Netzwerk der Datenverarbeitung dar. Der ALICE-Detektor wurde speziell für die Erforschung dieser Zustände konzipiert.

Läuft alles planmässig wird der Betrieb mit Blei-Ionen am 6. Dezember eingestellt und der LHC bis am Februar 2011 in den Winter-Shutdown gebracht.


Vorbereitung der Blei-Ionenquelle. Quelle: CERN


Vorbereitung der Blei-Ionenquelle. Quelle: CERN


Geladene Ionenquelle. Quelle: CERN


23.09.2010 - Neue Physik in Sicht?
Durch den CMS-Detektor wurde ein Anzeichen für ein neues Phänomen bei Proton-Proton Kollisionen hoher Multiplizität entdeckt. Bei hoher Mulitplizität, d.h. bei Kollisionen in denen vergleichsweise viele Teilchen entstehen (> 100), konnte eine Korrelation zwischen den Winkeln, mit denen die neu entstandenen Teilchen am Kollisionspunkt auseinanderfliegen, nachgewiesen werden. Der Winkel dieser Teilchen wird durch die Pseudorapidität (η) und den Azimutalwinkel (Φ) angegeben. Im Vergleich zu Kollisionen geringer Multiplizität wurden bei hohen Teilchendichten Teilchenpaare erzeugt, die sich im gleichen Azimutalwinkel vom Kollisionspunkt wegbewegen, so als ob die Teilchen bei ihrer Entstehung im Kollisionspunkt irgendwie aneinander gekoppelt waren.
Bei Kollisionen am RHIC-Beschleuniger in den USA konnte zwar ein ähnlicher Effekt beobachtet werden, jedoch noch nie bei Proton-Proton Kollisionen. Weitere Analysen sind nun geplant um dieses Phänomen genauer zu untersuchen. Möglicherweise können die LHC-Schwerionenkollisionen im November bei denen Bleikerne zur Kollisionen gebracht werden weitere Hinweise liefern.


Links: Geringe Multiplizität / Rechts: Hohe Multiplizität (>110 Teilchen)
Rote Pfeile: Korrelation Azimutalwinkel / Pseudorapidität.
Quelle: CMS


Pseudorapidität (η) / Seitenansicht des CMS-Detektors Quelle: CMS


Azimutalwinkel (Φ) / Frontansicht des CMS-Detektors Quelle: CMS


29.08.2010 - Ein Blick in die Zukunft
Die Laufzeit des LHC wird voraussichtlich 2030 enden. Bis dahin ist allerdings schon einiges in Planung. Zuerst wird der LHC nach rund 2-jährigem Betrieb Ende 2011 in eine längere Umrüstungsphase von 15 bis 18 Monaten gehen, um die bestehenden Verbindungen zwischen den Magneten auszutauschen und den Beschleuniger auf 7 TeV (Schwerpunktenergie 14 TeV) vorzubereiten. Dieser Zeitraum wird zudem genutzt um neue Detektorkomponenten einzubauen und Defekte zu beheben. Nach Abschluss dieser Phase, wird der Beschleuniger rund 3 Jahre lang laufen.

Gegen Ende 2015 sowie 2019 sind wieder längere Umrüstungsphasen von 12 bis 15 Monaten geplant, um die Luminosität noch weiter zu steigern. Die inneren Detektoren von ATLAS, ALICE, CMS und LHCb werden deshalb durch Detektoren ersetzt, die eine höhere Auflösung besitzen. Um die Luminosität zu steigern werden neue Quadrupole eingesetzt, deren Prototypen bereits heute konstruiert werden. Durch die neuen Quadrupole kann der Teilchenstrahl noch besser fokussiert werden. Da die Teilchenpakete jedoch nicht frontal kollidieren, sondern unter einem bestimmten Winkel, durchdringen sich die Pakete nicht vollständig. Ein anderes Konzept sieht daher vor, durch spezielle Kavitäten (Crab Cavities) die länglichen Teilchenpakete kurz vor dem Interaktionspunkt so zu drehen, dass sie möglichst vollständig kollidieren.

Ein weiteres Konzept wäre die Umrüstung des LHC auf noch höhere Energien (High Energy LHC). Dazu müssten sämtliche Dipolmagnete von 8.3 auf 20 Tesla aufgerüstet und neuartige Quadrupole eingesetzt werden. Dadurch könnten Energien von 16.5 TeV (Schwerpunktenergie: 33 TeV) erreicht werden. Jedoch würde darunter die Luminosität leiden, da nur noch halb soviele Teilchenpakete beschleunigt werden könnten. Die Realisierung dieses Konzepts, steht aber noch in den Sternen.


Aktuelles Problem: Schlechte Kontakte zwischen den Supraleitern bzw. den Kupferstabilisatoren. Quelle: CERN


Prototyp des neuen Quadrupols. Quelle: LBNL


Bild oben rechts: Schema der Paketdrehung vor dem IP.
rote Linie: Luminosität mit aktuellem Verfahren.
blaue Linie: Luminosität mit Crap-Verfahren.
grüne Linie Luminosität bei frontaler Kollision.
Quelle: CERN


Links: LHC / Rechts: High Energy LHC Quelle: CERN


26.08.2010
Gestern wurde im Interaktionspunkt des CMS-Detektors eine neue Rekordmarke der Luminosität erreicht. Zudem konnten erstmals 50 Protonenpakete pro Strahlrohr injiziert werden. Die Pakete bewegen sich nun nicht mehr in regelmässigen Abständen durch den rund 27 Kilometer langen Speicherring, sondern werden in zusammenhängenden "Zügen" (sog. Trains) injiziert. Durch die jeweiligen Abstände zum jeweils nächsten Paketzug erhalten die Kickermagnete damit genügend Reaktionszeit für eine Extraktion.

Auch die LHC-Experimente konnten neue Erfolge vorweisen. So wurde vom LHCb-Detektor der Zerfallskanal eines Z-Bosons beobachtet, während der ATLAS- und CMS-Detektor erste Hinweise auf die Produktion eines Top-Quarks entdeckten. Die LHC-Detektoren hätten damit alle bekannten Quarksorten wiederentdeckt (Up und Down, Charm und Strange, Top und Bottom). Das Top-Quark gehört zu den schwersten der bekannten Elementarteilchen und konnte bisher nur durch das Tevatron in den USA nachgewiesen werden (erster Nachweis: 1995). Trotz der sehr geringen Erzeugungsraten von einem Top-Quark in 100 Mio. Wechselwirkungen, können bei optimaler Luminosität im LHC jährlich zehntausende Top-Quarks erzeugt werden.

Für November 2010 sind die ersten Blei-Ionen Injektionen geplant. Damit wird es auch für den ALICE Detektor erstmals so richtig heiss, wenn in seinem Interaktionspunkt Bleikerne kollidieren und Temperaturen von mehreren Billiarden Grad Celsius erzeugen. ALICE wurde speziell dafür konstruiert sog. Quark-Gluonen-Plasmen zu untersuchen, die bei solch extremen Bedingungen für extrem kurze Zeiträume existieren könnten. Bedingungen wie sie auch kurz nach dem Urknall geherrscht haben könnten.


Steigerung der Luminosität seit Beginn 2010. Quelle: CERN


Top-Quark Kanditat im ATLAS Detektor Quelle: ATLAS


Top-Quark Zerfall: > W-Boson > (Myon + Neutrino) b-Quark Quelle: CMS


LHCb-Detektor: Zerfall eines Z-Bosons in 2 Myonen (dicke weisse Linien) Quelle: LHCb-Collaboration


ATLAS-Detektor: Zerfall eines Z-Bosons in 2 Myonen (rote Linien) Quelle: LHCb-Collaboration


18.05.2010
Bereits im September letzten Jahres wurde in der Halle des LHCb-Experiments, ein Prototyp eines neuen Detektors installiert. Die Installation des kompletten Detektors wurde nun genehmigt.

Das MoEDAL-Experiment (Monopole and Exotics Detector at the LHC) ist auf die Suche nach exotischen Partikeln ausgelegt. Es besteht in seiner endgültigen Konfiguration aus einem Array von 400 Modulen (Gesamtfläche 250 Quadratmeter) welche um den VELO-Detektor angebracht werden. Ein Modul besteht aus zwei Aluminiumplatten die einen Stappel aus 10 übereinanderliegenden Kunststoffplatten einschliessen. Durchfliegt nun ein Teilchen diese Platten, hinterlässt es charakterische Spuren im Kunststoff. Um die Platten auszuwerten werden sie ausgebaut und in Kombination chemischer Ätzprozesse und mikroskopischer Verfahren untersucht. Der Detektor ist auf Langzeitmessungen ausgelegt. Der Ausbau der Platten und deren Auswertung ist jeweils für den Wintershutdown oder andere kurzzeitige Unterbrüche des LHC Betriebes vorgesehen (um das komplette Array auszutauschen ist nur ein Zeitraum von 3 Tagen nötig).

Folgende Ziele werden mit dem MoEDAL-Detektor verfolgt:

• Suche nach magnetischen Monopolen.

• Suche nach stabilen, supersymmetrischen Teilchen.

• Suche nach Higgs-Bosonen.

• Suche nach Relikten mikroskopischer schwarzer Löcher.

• Studien des Hintergrundrauschens der VELO Region.


Erläuterung des MoEDAL-Detektors. Quelle: CERN


MoEDAL-Detektor Quelle: CERN


Installierter Prototyp in der LHCb-Caverne. Quelle: CERN


17.05.2010
In den letzten Wochen begannen die Vorbereitungen um die Anzahl der Protonenpakete und die Teilchendichte (Anzahl Protonen pro Paket) zu erhöhen. Dazu liefen mehrere Testläufe bei 450 GeV und anschliessenden Beam Dump Studien. Durch die gewonnen Daten wurde das Kollimatorsystem neu konfiguriert, um die strahlnahen Detektorelemente bei höheren Strahlintensitäten zu schützten. Dieses Wochenende konnte die Anzahl der Protonenpakete von 2 Pakete/Strahl auf 4 und schliesselich auf 6 Pakete/Strahl erhöht werden. Gleichzeitig wurde auch die Protonenanzahl pro Paket auf 100 Millionen erhöht. Durch die konsquente Steigerung der Luminosität, verzeichneten die 4 grossen Detektoren bisher insgesamt über eine Milliarde Kollisionen.

Die Befüllung des LHC-Speicherringes erfordert nicht nur ein äusserst genaues Timing der Paketinjektionen und eine genaue Einstellung des RF-Beschleunigungssystems. Um die Zahl der Kollisionen möglichst gerecht unter den 4 grossen Experimenten aufzuteilen, wird jeweils ein bestimmtes Befüllungsschema angewendet. Der Hauptring des LHC ist dazu in 35640 sogenannter "Buckets" unterteilt. Bei einer Füllung von jeweils 3 Protonenpakete pro Strahlrohr begegnen sich die Pakete pro Umlauf an 9 verschiedenen Stellen des Hauptringes. Jeder Begegnungspunkt stellt einen Bruchteil (in Bezug zur Paketanzahl) der Gesamtzahl von 35640 Buckets dar.
Das effizienteste Schema hängt aber nicht nur von der Anzahl der Protonenpakete ab. Der Interaktionspunkt des LHCb-Experiments (IP8) liegt aufgrund der besonderen Bauweise dieses Detektors 11.5 Meter ausserhalb des "normalen" Füllschemas. Bei höheren Paketzahlen werden die Pakete ausserdem nicht mehr gleichmässig über den Ring verteilt zirkulieren. Da die Kickermagnete des Beam Dump Systems eine bestimmte Zeit brauchen um ihr Magnetfeld aufzubauen, werden zwischen den Paketen genügend grosse Lücken freigelassen. Nicht jede Paketanzahl erweist sich damit als sinnvoll. Eine mögliche zukünftige Erhöhung der Paketanzahl wäre z.B. folgende: 16, 43, 96, 156 Pakete, usw..


Bucket-Konfiguration/Interaktionspunkte (3 x 3 Pakete)


Bucket-Konfiguration (4 x 4 Pakete) Quelle: CERN


Steigerung der Luminosität seit Beginn 2010. Quelle: CERN


23.04.2010
Das Large Hadron Collider Beauty-Experiment (LHCb), soll u.a. zu neuen Erkenntnissen in der Frage führen, weshalb sich beim Urknall Antimaterie und Materie nicht zu gleichen Teilen in Energie umgewandelt haben. In der Optimierungsphase dieses Detektors gelang nun ein wichtiger Schritt für zukünftige Messungen. Durch die Rekonstruktion von rund 100 Teilchenspuren einer Kollision (von insgesamt 10 Millionen Proton-Proton Kollisionen), konnte indirekt ein Beauty-Teilchen, das B-Meson erstmals durch den LHCb-Detektor nachgewiesen werden.

Nachdem zwei hochenergetische Protonen innerhalb des Vertexdetektors kollidierten, entstand am Kollisionspunkt (primary Vertex) ein B-Meson (B+). Dieses besteht aus einem Up-Quark (u-Quark) und einem Anti-Bottom-Quark (-Quark) welches nach einer Flugstrecke von 2 Millimeter in ein J/Psi-Teilchen (J/ψ) und ein positiv geladenes Kaon (K+) zerfällt. Das J/ψ-Teilchen zerfällt wiederum in ein Myon (μ-) und ein Antimyon (μ+), welche vom Myonenspektrometer des LHCb-Detektors detektiert wurden. Das Kaon wurde in Kombination der RICH- und HCAL-Detektoren nachgewiesen. Durch die Rekonstruktion all dieser Flugbahnen und Massen der Teilchen, konnte der Zerfallspunkt (B-decay vertex) berechnet und auf die Bildung eines B-Mesons geschlossen werden.

Anmerkung: Das Bottom-Quark (auch Beauty-Quark genannt) wurde 1977 am Beschleunigerring des Fermilab erstmals indirekt nachgewiesen. Massgeblich beteiligt an dieser Entdeckung war u.a. der Physiker Leon Max Lederman, auf den die populäre Bezeichnung für das Higgs-Boson zurückgeht - das Gottesteilchen.


Oben: Seitenansicht / Rechts: Frontansicht / Unten: Vertexdetektor Quelle: LHCb Reconstruction


LHCb-Rekonstruktion auf der XY-Achse. Quelle: LHCb Reconstruction


LHCb-Rekonstruktion auf der YZ-Achse. Quelle: LHCb Reconstruction


Massenbestimmung der Myonen Quelle: LHCb Reconstruction


15.04.2010
In der letzten Woche folgten zwei weitere wichtige Schritte zur Erhöhung der Luminosität des LHC's. Zum einen wurde die Intensität der Teilchenpakete von rund 2 Milliarden Protonen pro Paket auf 20 Milliarden Protonen erhöht.

Inzwischen wurde durch die Auswertung der ATLAS-Daten zwei Teilchenzerfälle entdeckt, die auf die Produktion eines W-Bosons hinweisen. Bei einer Kollision am 01.04.2010 wurde ein Myon und ein Neutrino nachgewiesen, eine andere Kollision am 05.04.2010 zeigte ein Elektron und ein Neutrino. Diese beiden Kollisionen deuten auf den Zerfall eines W-Bosons. Das Neutrino selbst hinterlässt im Detektor zwar keine Spuren, es kann aber durch Kenntnis der Kollisionsenergie indirekt nachgewiesen werden. Wird ein Neutrino bei einer Kollision erzeugt, fehlt ein bestimmter Energiebetrag (ETmiss) in Bezug zur Gesamtenergie.
Die ersten W- und Z-Bosonen wurden 1983 am CERN durch den UA1-Detektor (Speicherring: Super Proton Antiproton Synchrotron) nachgewiesen.


Optimale Beta-Werte bei den Interaktionspunkten 1 + 5 (IP). Quelle: CERN


Möglicher Zerfall eines W-Bosons in ein Myon (rote Linie) und ein Neutrino (gestrichelte Linie). Quelle: ATLAS-Experiment


Möglicher Zerfall eines W-Bosons in ein Elektron (gelbe Linie) und ein Neutrino (gestrichelte Linie). Quelle: ATLAS-Experiment


05.04.2010
Die Lebensdauer der beiden Strahlen wurde inzwischen weiter erhöht. Gestern herrschten 18 Stunden lang ohne Unterbrüche stabile Bedingungen für Kollisionen. Die Kollisionsrate konnte zudem durch manuelle Korrekturen der Strahlfokussierung auf 100 Kollisionen/Sek. gesteigert werden. Sobald genug Daten vorliegen, wird ein automatisches Fokussierungssytem die optimale Strahlausrichtung vornehmen. Zurzeit werden pro Strahlrohr 2 Protonenpakete injiziert. In einem nächsten Schritt wird die Anzahl der Protonenpakete erhöht. Bis Ende 2010 sollen dann bis zu 720 Protonenpakete pro Strahlrohr durch den LHC zirkulieren (die max. Kapazität liegt bei 2808 Paketen pro Strahlrohr).


                                        
                                                                   Animation: Fokussierung (oben), Kollisionsrate (unten)                           Quelle: CMS


30.03.2010
Heute morgen um 06:00 Uhr wurden die Beschleunigerkavitäten für die Beschleunigung der Teilchen und die ersten 7 TeV Kollisionen hochgefahren. 17 Minuten später musste der Strahl jedoch wieder gedumpt werden und das RF-System wieder heruntergefahren werden. Um 08:40 Uhr erfolgte die nächste Ramp-Phase auf 3.5 TeV. Auch dieser Versuch schlug fehl und endete für die Protonen im Beam Dump.
Der dritte Versuch der Teilchenbeschleunigung startete um 11:50 Uhr. Diesmal klappte alles und die Teilchen konnten erfolgreich auf 3.5 TeV beschleunigt werden. Um 12:58 Uhr traf dann schliesslich das lang erwartete Ereignis ein. Die Experimente verzeichneten die weltweit ersten 7 TeV Kollisionen.
Bis um 16:30 Uhr herrschten stabile Bedingungen für Kollisionen. Während dieser Zeit registrierten die Detektoren über eine halbe Million Kollisionsereignisse. Damit endete die jahrzehnte lange Vorbereitungsphase die von vielen Rückschlägen begleitet war und läutet nun eine neue Ära der Hochenergiephysik ein. Die Rucksäcke sind gepackt. Die Reise beginnt...

(Anm.: Die Seite www.lhc-facts.ch war heute aufgrund überlasteter Server vorübergehend nicht erreichbar. Wir bitten Sie um Entschuldigung.)


Tag der ersten 7 TeV Kollisionen. Quelle: CERN


Moment der ersten 7 TeV Kollisionen. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im ALICE Detektor. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im ALICE Detektor. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im ATLAS Detektor. Quelle: ATLAS-Experiment


7 TeV Kollision im ATLAS Detektor. Quelle: ATLAS-Experiment


7 TeV Kollision im CMS Detektor. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im CMS Detektor. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im CMS Detektor. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im LHCb Detektor. Quelle: CERN


7 TeV Kollision im LHCb Detektor. Quelle: CERN


28.03.2010
In der letzten Woche musste eine ganze Serie von Problemen gemeistert werden. Am Mittwoch fiel kurzzeitig das Cold Compression System (CCS) im Sektor 2-3 aus. Am Donnerstag wurde ein Feueralarm durch einen Kurzschluss in einem Transformator ausgelöst. Dieser Transformator wird mit einer Spannung von rund 18000 Volt gespeist und versorgt den Dipolmagneten von ALICE mit Energie. Die Reparatur dauerte bis am Freitag Abend. Am Samstagmorgen um 03:00 Uhr trat zudem ein Vakuumleck in der Nähe eines TED-Absorbers (Transferline 2) auf, was erneut einen Zugang zu den Tunnelsystemen erforderte.

Der Lohn all dieser Mühen: Heute konnte zum ersten mal in jedem Strahlrohr 2 Protonenpakete auf jeweils 3.5 TeV beschleunigt werden. Mit dieser Konfiguration sind kommenden Dienstag auch die ersten 3.5 TeV Kollisionen geplant. Da die Fokussierung der Teilchenpakete auf ihren Interaktionspunkt einen überaus komplexen Prozess darstellt und die Voraussetzungen dafür optimal sein müssen, bleibt es spannend ob dies am Dienstag gelingen wird. Möglich ist auch, dass die ersten Kollisionen erst Tage oder sogar Wochen später erfolgen. Die Welt schaut am nächsten Dienstag jedenfalls gebannt nach Genf.


Reparaturarbeiten am Transformator. Quelle: CERN


Fehlerhafte Dichtung (roter Kreis) vor einem TED-Absorber. Quelle: CERN


19.03.2010
Die Spannung steigt! Heute morgen um 05:20 Uhr konnten zum ersten mal beide Teilchenstrahlen auf 3.5 Teraelektronenvolt beschleunigt werden. Damit wurde ein weiterer neuer Weltrekord aufgestellt. Nun beginnen die letzten Vorbereitungen der ersten Kollisionen bei einer Schwerpunktenergie von 7 TeV.


3.5 TeV! Quelle: CERN


12.03.2010
In den letzten zwei Wochen wurden verschiedene Modi durchgeführt und die Systeme des Beschleunigers ausführlich getestet. Unterbrochen wurden diese Standardverfahren wie Injektionstests, Beam Dump und Kollimator Studien, Tuning, Orbitkorrekturen, RF-Systemtests, durch kleinere Probleme. Mehrere Schaltkreise des neuen Quench Protection Systems mussten ausgetauscht werden. Vereiste Filter im Kühlsystem und der Ausfall des Cold Compression System (CCS) aufgrund eines defekten Drucksensors, führten zu etwas längeren Unterbrechungen. Die Behebung dieser Probleme war mit partiellen Erwärmungen der Magnete verbunden. Die Betriebstemperatur konnte aber innerhalb von einigen Stunden wieder hergestellt werden. Alles in allem schreitet die Maschinenoptimierung planmässig voran. So konnten heute um 21:11 Uhr die Protonen erstmals wieder auf die letztjährige Rekordenergie von 1.18 TeV beschleunigt werden.


Beschleunigung auf 1.18 TeV Quelle: CERN


28.02.2010
Am Freitag wurden die Tunnelsysteme zum LHC wieder versiegelt. Damit endete die rund 8-wöchige Installation des neuen Quench Protection Systems (nQPS). Die anschliessende Startphase verlief aber etwas holprig. Eine erste geplante Injektion am Freitag Abend musste wieder abgebrochen werden, da u.a. Probleme in den Magnettriplets bei IR1 (IR = Insertion Region) in der Nähe des ATLAS-Experiments auftraten. Diese Triplets, die sich auf beiden Seiten des ATLAS-Experiments befinden, dienen dazu die Teilchen auf den Kollisionspunkt zu fokussieren. Die Probleme konnten aber schnell behoben werden.

Am Samstag war es dann soweit. Nachdem die Vorbeschleuniger die Protonenpakete auf eine Energie von 450 GeV beschleunigten, erfolgte um 23:20 Uhr die Injektion in den LHC-Speicherring. Um 02:42 Uhr gelangen mehr als hundert Ringumläufe gegen den Uhrzeigersinn und um 04:10 Uhr zirkulierte ein Strahl für mehrere Sekunden in Gegenrichtung. Damit beginnt der längste Run in der Geschichte des CERN. Nun gilt es den Strahl zu tunen und die Lebenszeit der Strahlen schrittweise zu erhöhen.


Strahlposition TDI (Transfer line Internal beam Dump) Quelle: CERN


Splash-Event aufgezeichnet von ATLAS Quelle: CERN


01.02.2010
Ein neuer Fahrplan steht an. Letzte Woche trafen sich Physiker, Techniker und Experten in Chamonix (Frankreich), um in einem intensiven Workshop den aktuellen technischen Zustand des LHC's zu beurteilen und die weitere Vorgehensweise zu besprechen.

Die derzeitigen Arbeiten am neuen Quench Protection System sind fast abgeschlossen und die Magnete damit fit für einen Betrieb von 3.5 TeV. Die Analyse der Aufrüstung der supraleitenden Verbindungsstellen zwischen den Magneten auf 7 TeV ergab jedoch, dass dies weit mehr Zeit beanspruchen wird als bisher angenommen. Ende 2011 wird der LHC deshalb in eine längere Shutdown Phase von rund 18 Monaten gehen, um die Verbindungen der Magnete in dieser Zeit auf 7 TeV aufzurüsten.
Der neue Fahrplan sieht vor, den Beschleuniger für die nächsten 18 bis 24 Monate nur mit einer Energie von 3.5 TeV zu betreiben. Ausserdem wurde der Plan, den Beschleuniger zwischenzeitlich mit 5 TeV zu fahren, fallen gelassen um ein anderes Ziel zu erreichen: Eine bestmögliche Kollisionsdichte bei 3.5 TeV.


04.01.2010
2010 - Das Jahr neuer Physik? Nach den erfolgreichen ersten Testläufen letzten Jahres, geben sich die Wissenschaftler und Techniker am CERN zuversichtlich, den Beschleuniger auch in diesem Jahr auf bisher unerreichte Energien hochfahren zu können. Doch bevor es soweit ist, steht eine 6-wöchige Testphase, u.a. des Quench Protection Systems, bevor. Das neue Sicherheitssystem, das die supraleitenden Strukturen vor einem Quench schützen soll, wird dabei auf die angestrebten Energien von 3.5 TeV und 5 TeV validiert. Ausserdem werden kleinere Reparaturen und Optimierungen der Beschleunigersysteme, einzelner Überwachungssysteme und Teile der grossen Detektoren durchgeführt.

Nach Abschluss dieser Phase, werden die Tunnelsysteme Mitte Februar wieder versiegelt und der Beschleuniger langsam auf 3.5 TeV hochgefahren und damit das Tor zu einem bisher unbekannten Energiebereich geöffnet.


Techniker arbeiten am Quench Protection System. Quelle: CERN


Das neue Quench Protection System Quelle: CERN



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