Physik: Nach Untersuchungen von 4.4 Femtobarn Daten des ATLAS Detektors konnte erstmals
ein vom Standardmodell bisher nur theoretisch vorhergesagter Teilchenzustand nachgewiesen werden.
Das Bottonium-Teilchen das die Bezeichnung Χb(3P) trägt besteht aus
einem Bottom- und Antibottom-Quark und besitzt ein Masse von
10.52 Gigaelektronenvolt . Diese Teilchenkonfiguration wird allgemein als Quarkonium bezeichnet, welche wiederum in 3 Gruppen unterteilbar sind
(cc (Charm-Quark und Charm-Antiquark) = Charmonium,
bb (Bottom-Quark und Bottom-Antiquark) = Bottonium,
tt Top-Quark und Top-Antiquark) = Toponium. Die Zustände
1P, 2P und 3P sind vergleichbar mit den Anregungszuständen eines Wasserstoffatoms
und sind über die Emission von Photonen definiert. Χb(3P) wurde zwar schon seit Jahrenzehnten vorhergesagt, konnte jedoch erst jetzt nachgewiesen werden.
LHC: Letzten Mittwoch wurden die letzten Bleiionenpakete in diesem Jahr im Beam Dump entsorgt
und der LHC in seinen wohlverdienten Winterschlaf versetzt. Der Beschleuniger wird nun
für seinen letzten Auftritt (in seiner momentanen Konfiguration) im nächsten Jahr vorbereitet.
Läuft alles nach Plan sollte der LHC im Februar 2012 wieder zum Leben erwachen und Anfangs
März könnten wieder die ersten Protonenstrahlen auf Kurs gebracht werden. Ende 2012 beginnt
dann die längere Umbauphase der Magnete für das Upgrade auf die ursprünglich geplante
Energie von 7 TeV (Schwerpunktsenergie 14 TeV).
Physik: Heute wurde in einem Seminar des CERN mit Spannung die neuesten Erkenntnisse
von CMS und ATLAS zur Suche des Higgsteilchens erwartet. Durch eine Kombination
der CMS und ALTAS Daten konnte der mögliche Aufenthaltsbereich des Higgsteilchens
weiter eingeschränkt werden. Nach den Vorhersagen des Standardmodells sollte die Masse
des Higgsteilchens zwischen 115 und 130 GeV liegen. Interessanterweise haben nun CMS und
ATLAS bei 124 bis 126 GeV eine Zunahme von Zerfallskanälen beobachtet welche für das
Higgsboson infrage kämen. Leider liegt die statistische Signifikanz dieser Resultate
erst bei 2-3 Sigma. Weitere Analysen der bisherigen Daten und vor allem die Produktion
von weiteren Kollsionsdaten sind erforderlich um die Existenz des Higgsbosons nachweisen
oder ausschliessen zu können. Arbeitet der Beschleuniger so gut wie in diesem Jahr,
kann die Frage nach dem Higgsteilchen, wie es vom Standardmodell vorhergesagt wird, bis Ende 2012 beantwortet werden.
Video: Higgs Seminar 2011
Quelle: CERN
Video: Higgs Seminar 2011
Quelle: CERN
Ausschluss der Higgsexistenz unterhalb der roten Linie.
ATLAS/CMS Collaboration
CMS Zerfallsüberschuss bei 124 GeV.
CMS Collaboration
ATLAS Zerfallsüberschuss bei 126 GeV.
ATLAS Collaboration
Möglicher Zerfall eines Higgs in 2 hochenergetische Photonen im CMS Detektor.
CMS Collaboration
Möglicher Zerfall eines Higgs in zwei Z-Bosonen -> 4 Myonen (124.6 GeV)
ATLAS Collaboration
Möglicher Zerfall eines Higgs in zwei Z-Bosonen -> 2 Elektronen + 2 Myonen (124.3 GeV)
ATLAS Collaboration
16.11.2011 - Hinweise auf CP-Verletzung
LHC: Letztes Wochenende fiel der Startschuss für die diesjährigen
Schwerionenkollisionen. Inzwischen konnten 358 Pakete aus Bleiionen beschleunigt
und auf Kollisionskurs gebracht werden. Damit wurde der letztjährige Rekord der
Luminosität bereits um das fünffache übertroffen. Auch die ersten Tests mit einer
Bleiionen-Protonen Konfiguration verliefen erfolgreich.
Physik: Weshalb beim Urknall nicht gleich viel Antimaterie wie Materie entstand, ist
Gegenstand aktueller Forschung. CP-Verletzungen (C=Ladung, P=Parität) könnten die
Erklärung für eine solche Asymmetrie liefern. Neben dem LHCb Experiment widmen
sich auch viele weitere Experimente (BaBar, Belle, CDF) diesem Gebiet der
Teilchenphysik.
Mit dem LHCb-Detektor wurden bei Proton-Proton Kollisionen, Zerfälle von
D-Mesonen und ihrer Antiteilchen D in Kaonen (K+,K-) und Pionen (π+π-)
vermessen und darin eine Asymmetrie beobachtet. Durch die Bestimmung der
Zerfallsraten und dem Materie-Antimaterie Verhältnis wurde der
sog. ΔACP-Parameter bestimmt. Laut Standardmodell sollte ΔACP
näherungsweise bei Null liegen, gemessen wurden aber - 0.82 %. Mit einer
Standardabweichung von 3.5 Sigma ist dieses Resultat jedoch noch weit davon
entfernt um von einer Entdeckung zu sprechen. Die bis dato untersuchte Datenmenge
liegt bei 0.58 Femtobarn (von insgesamt 1.21 fb). Nach Untersuchung der restlichen
Daten könnte das Resultat bestätigt oder ausgeschlossen werden.
Schwarzer Punkt = ΔACP Vorhersage nach dem Standardmodell
Quelle: LHCb-Collaboration
Erste Blei-Blei Kollisionen 2011 im ALICE Detektor
Quelle: ALICE-Collaboration
30.10.2011 - Protonenphysik abgeschlossen
LHC: Heute um 17 Uhr endete der letzte Protonenstrahl in diesem Jahr im Beam Dump.
Für 2011 waren 230 Tage für Protonenphysik reserviert. Davon konnten jedoch
nur 55 Tage genutzt werden, da eine Flut an technischen Problemen
(Energieversorgung, Beschleunigerresonatoren, Kühlsystem, Vakuum, Elektronik, UFO's, etc.)
immer wieder zu Verzögerungen geführt hatten. Andererseits konnte die Qualität des
Teilchenstrahls immer weiter optimiert (Erhöhung der Teilchenzahl pro
Paket, Verkürzung des Paketabstandes, bessere Fokussierung) und damit das geplante Ziel
von 10 fb (Femtobarn) weit überschritten werden. ATLAS sammelte bisher 5.6 fb, CMS 5.7 fb,
LHCb 1.2 fb und ALICE 5.0 pb (Picobarn).
In den folgenden 2 Wochen wird der LHC und seine Vorbeschleuniger wieder für den Betrieb mit
Bleiionen vorbereitet. Ein Teil dieser Vorbereitungszeit ist für eine Machbarkeitsstudie von
Proton-Bleiionen Kollisionen vorgesehen. Geht alles gut könnten im November 2012 Bleikerne
mit Wasserstoffkerne kollidieren. Eine solche Konfiguration könnte eine andere Sichtweise auf
auf die Entstehung von Quark-Gluon-Plasmen ermöglichen.
Effizienz 2011
Quelle: CERN
29.09.2011 - Ausblick 2012
LHC: Bald neigt sich das Jahr dem Ende zu. Der LHC Betrieb wird dann eingestellt um ihn im Wintershutdown fit für 2012 zu machen.
Ein vorläufiger Plan zeigt die optionalen Betriebsparameter für den LHC.
Wahrscheinlich wird die Energie von 3.5 TeV im nächsten Jahr weiter eingehalten. Vorstellbar wäre aber
auch eine Erhöhung der Energie auf 4.0 TeV oder 4.5 TeV. Ob dies eine Option ist,
werden umfassende Leistungstests der Verbindungsstellen zwischen den
supraleitenden Magneten zeigen.
Eine weitere Option ist die Verkürzung des Teilchenpaketabstandes von 50 ns auf 25 ns.
Damit wäre eine max. Anzahl von 2760 Paketen möglich. Zudem könnte die
Fokussierung von 1 m auf 0.8 m gebracht werden.
Physik: Das TOTEM Experiment konnte nachweisen, dass sich Protonen bei hohen Energie so verhalten
als wären sie grösser. Genauer gesagt erhöht sich mit steigender
Energie der Wirkungsquerschnitt eines Protons. Die Daten dieses Phänomens decken
sich hervorragend mit den Beobachtungen der kosmischen Strahlung und der Extrapolationen
aus Experimenten niedrigeren Energien (Tevatron, ISR).
Optionen für 2012
Quelle: CERN
Extrapolation aus anderen Experimenten deckt sich mit den TOTEM Daten.
Quelle: CERN
07.09.2011 - Endspurt 2011
LHC: Der LHC legt für den diesjährigen Endspurt nochmals einen Turbo ein. Heute erfolgte der erste Run mit einem Beta*
von 1.0 m (bisherige Konfiguration 1.5 Meter) bei 264 Protonenpaketen pro Strahl. Die Paketanzahl wird nun kontinuierlich
bis auf 1380 Pakete/Strahl gesteigert. Durch die bessere Fokussierung wird ein neuer Rekordwert der Luminosität erwartet.
Für die nächsten 8 Wochen wird der LHC mit Protonen betrieben, bis im November wieder die Vorbereitungen für den Betrieb
mit Bleikernen beginnen.
Je kleiner Beta*
desto besser die Fokussierung am IP (Beta*=Entfernung IP bis zur doppelten
Breite des Strahls am IP).
24.07.2011 - Higgs in Sicht?
Physik: Zurzeit werden auf der EPS-Konferenz (Europhysics Conference on High Energy Physics)
die bisherigen Ergebnisse des LHC präsentiert.
Sowohl ATLAS wie auch CMS sehen im Bereich von 130 - 150 GeV eine ungewöhnliche Zunahme
von Zerfallsprodukten, die auf die Produktion des Higgsbosons schliessen könnten.
Bis Ende Herbst 2011
werden genug Daten vorliegen um das Higgsteilchen in diesem Bereich nachweisen
oder ausschliessen zu können. Aus den bisherigen Daten vom LEP, Tevatron, CMS und ATLAS
geht hervor, das die Masse des Higgsteilchens, zwischen 114 bis 137 GeV und 205 bis 295 GeV liegen muss.
Tevatron-Anomalie: Die vom CDF Detektor
des Teilchenbeschleunigers Tevatron beobachteten Hinweise auf eine Dijet Anomalie konnte durch
die Daten des ATLAS-Detektors nicht bestätigt werden.
Ausschlussgrenzen der Higgsmasse
Quelle: CERN
Tevatron-Anomalie - Links: ATLAS / Rechts: CDF
Quelle: CERN
09.07.2011 - Higgsbereich
Physik: Der Energiebereich für die Entdeckung oder den Ausschluss des
Higgsbosons wurde weiter eingegrenzt.
Sollte das Higgsteilchen existieren, so müsste es innerhalb
der nächsten 18 Monate durch den LHC entdeckt werden. Die untere Grenze der
Higgsmasse wurde durch den Vorgänger des LHC, dem LEP auf
mindestens 114 Gigaelektronenvolt begrenzt, während dessen
theoretische Obergrenze bei 600 GeV liegt.
Da die Aussagekraft der Kollisionsereignisse auf Statistik beruht, wird die
Sicherheit dazu in der sog. Sigma-Signifikanz (σ) angegeben,
welche von der gesammelten Datenmenge abhängt.
Ein Ergebnis von 3 Sigma gilt zu 0.27%
als zufälliger Effekt.
Wirklich interessant werden Ereignisse ab einem Level von
Sigma 4. Ab einem Sigma 5 Level gilt dies als eine neue
Entdeckung. Sollte der LHC bei einer gesammelten Datenmenge
von 10 Femtobarn immer noch keine Hinweise auf das
Higgsteilchen gefunden haben sollte, so kann damit die Existenz
des Higgsbosons ausgeschlossen werden. Die Wahrscheinlichkeit dass es sich bei einem Effekt nur um eine statische Fluktuation handelt liegt bei:
Higgsbereich: Datenmenge in Femtobarn (fb) / Sigma 3 und 5 Level
Quelle: CERN
19.06.2011 - Erstes inverses Femtobarn
LHC: Am 17. Juni 2011 um 10:50 Uhr erreichte die von den
LHC-Detektoren aufgezeichneten Datenmenge
eine integrierte Luminosität von einem inversen Femtobarn (1 fb-1),
was 70 Billiarden Proton-Proton Kollisionen entspricht. Innerhalb
eines Monats wurde damit die bis dahin aufgezeichnete Datenmenge
verfünffacht. Der LHC könnte bereits nächstes Jahr die gleiche
Menge an Daten gesammelt haben, wofür das Tevatron ein ganzes Jahrzehnt benötigte.
Physik: Inzwischen konnte die vom CDF Detektor (Collider Detector at Fermilab)
des Teilchenbeschleunigers Tevatron beobachteten Hinweise auf eine Dijet Anomalie, durch
das Schwester-Experiment DØ (DZero) nicht bestätigt werden. Erste Analysen
der LHC-Daten zu dieser Anomalie werden bis Ende Juli erwartet.
Integrierte Luminosität des LHC
Quelle: CERN
Integrierte Luminosität des Tevatron über 10 Jahre.
Quelle: Fermilab
22.04.2011 - Neuer Weltrekord!
LHC: Gestern um 23:57 Uhr übertraf der LHC die höchste
jemals gemessene Luminosität (4.7 x 1032 cm-2s-1) die durch einen
Hadronenbeschleuniger erreicht wurde. Den bisherigen Rekord hielt
das Tevatron in den USA mit einer Luminosität von 4.04 x 1032 cm-2s-1.
Physik: Das LHCf
Experiment (Large Hadron Collider forward) misst die Teilchenschauer
der Kollisionen im ATLAS Detektor. Die Analyse dieser
ATLAS-Teilchenschauer erlaubt Rückschlüsse auf hochenergetische
Teilchenschauerprozesse, wie sie durch die kosmische Strahlung in
unserer Atmosphäre ausgelöst werden. Beobachtungsstationen wie das Pierre-Auger-Observatorium können hochenergetische Teilchen der
kosmischen Strahlung detektieren. Allerdings gelingt diese Detektion
nur indirekt über die Vermessung der Teilchenschauer die durch das primäre Teilchen ausgelöst
wurde. Um Rückschlüsse auf das Ursprungsteilchen ziehen zu können
sind daher komplexe Simulationen notwendig. Die vom LHCf Experiment gesammelten Daten wurden nun mit Simulationen solcher
Zerfallsprozesse verglichen. Dabei zeigte sich eine grosse
Diskrepanz zwischen den theoretischen Vorhersagen und den gemessenen
Daten. Diese Erkenntnisse können nun zu besseren Simulationen beitragen.
Illustration eines Teilchenschauers der kosmischen Strahlung
Quelle: CERN
Grosse Abweichungen zwischen LHCf-Daten und Simulationen.
Quelle: CERN
09.04.2011 - Scrubbing
Trotz des im Strahlrohr vorherrschenden Ultrahochvakuum,
treffen die Protonenpakete immer wieder mal auf ein
Restgasmolekül. Geschieht dies werden Elektronen emittiert die
mit hoher Energie mit der Strahlrohrwand kollidieren. Dabei werden
wiederum neue (sekundäre) Elektronen herausgeschlagen. Dieser
Effekt kann eine Elektronenlawine auslösen - es kommt zur
Bildung von Elektronenwolken welche den Protonenstrahl von seiner
Bahn ablenken können.
Um diesen Vorgang möglichst zu verhindern, gibt es zwei
Möglichkeiten. Die eine besteht darin, Magnetspulen am
Strahlrohr anzubringen. Das dadurch erzeugte Magnetfeld lenkt die
vom Strahlrohr emittierten Elektronen so ab, dass ein Lawineneffekt
verhindert wird.
Die zweite Möglichkeit liegt in der Konditionierung der
Strahlrohroberfläche, welche durch den SEY-Parameter (secondary
electron yield) angegeben wird. Je kleiner dieser Wert, umso weniger
sekundäre Elektronen werden beim Auftreffen eines Elektrons auf
der Oberfläche herausgeschlagen. Wird die Oberfläche mit
sehr vielen Elektronen beschossen, kann somit eine Konditionierung
der Oberfläche erreicht werden. Eine solche Konditionierung
wird als Scrubbing bezeichnet. Dieses besteht darin sehr viele
Protonenpakete mit geringen Abständen zu inijzieren. Dadurch
werden Elektronenwolken unter kontrollierten Bedingungen gebildet,
welche den SEY reduzieren. Zurzeit läuft ein Scrubbing mit 588
Protonenpaketen pro Strahlrohr.
Am Strahlrohr angebrachte Spule zur
Reduzierung von Elektronenwolken.
Quelle: CERN
SEY-Werte vor und nach einem Scrubbing
Quelle: CERN
07.04.2011 - Neues Phänomen am Tevatron
Die CDF Collaboration des Fermilab in den USA hat neue
Resultate publiziert, die auf ein neues unbekanntes Phänomen
hinweisen. Im CDF Detektor (Collider Detector at Fermilab) des
Teilchenbeschleunigers Tevatron wurde in einem unerwarteten
Energiebereich (140 GeV/c2),
der Zerfall eines W-Bosons in Begleitung zweier Teilchenjets
beobachtet. Ob es sich dabei tatsächlich um ein neues
physikalisches Phänomen oder nur um ein statistisches Artefakt
handelt ist noch offen. Zurzeit werden weitere Kollision am Tevatron
geprüft. Auch die bisher gesammelten Daten der LHC-Detektoren
werden im Bereich von 140 GeV/c2 einer genauen Prüfung
unterzogen, um die Resultate des Fermilab zu bestätigen oder
auszuschliessen.
- Rote Linie: Erwartete Ereignisse auf
Basis des Standardmodells.
- Rote gestrichelte Linie: Statistische Unsicherheit.
- Blaue Linie: Unerwarteter Peak mit einem Maximum bei 144 GeV/c2
Quelle: Fermilab
27.03.2011 - Beschleuniger Startphase
Die Validierung der Beschleunigersysteme (Kollimator, Beam
Dump, Quench Protection System, etc.) steht kurz vor dem Abschluss.
Seit am 13. März wieder die ersten Protonenpakete erfolgreich
durch den LHC geleitet wurden, konnte die Paketzahl kontinuierlich
gesteigert werden. Bis am 22. März wurden 200 Pakete pro
Strahlrohr injiziert. Obwohl die max. Paketzahl im letzten Jahr 368
Pakete pro Strahlrohr betrug, konnte die Luminosität mit nur
200 Paketen, durch die Veringerung des Beta* auf 1.5 Meter, auf eine
neue Rekordmarke von 2.5 x 1032 cm-2s-1 gebracht werden.
Am 24. März begann die Datennahme von Proton-Proton
Kollisionen. Allerdings nur bei einer Energie von 1.38 TeV, welche
der Nukleonenergie der eines Bleikerns entspricht. Diese Daten sind
notwendig um die Kollisionen der Bleiionen mit Proton-Proton
Kollisionen bei gleichen Bedingungen zu vergleichen. Nächstes
Wochenende wird die Energie dann wieder auf 3.5 TeV gebracht. Danach
erfolgt ein kurzer technischer Stopp der etwa 1 Woche in Anspruch
nehmen wird.
Je kleiner Beta*
desto besser die Fokussierung am IP (Beta*=Entfernung IP bis zur doppelten
Breite des Strahls am IP).
Schon am Teilchenbeschleuniger Tevatron zeichnete sich seit
längerem ab, dass keine vierte Generation von Quarks und
Leptonen existiert. Die Kollisionsdaten des CMS-Detektors haben
dieses Bild nun bestätigt. Die Existenz einer vierten
Generation von Quarks und Leptonen hätte in einem bestimmten
Energiebereich (144 - 207 GeV/c2) die Produktion von Higgsteilchen
zur Folge gehabt. Dies konnte nun mit einer 95%iger
Wahrscheinlichkeit jedoch ausgeschlossen werden. Nicht
ausgeschlossen und weitaus wahrscheinlicher ist die Produktion von
Higgsteilchen der 3. Generation.
Unterhalb der blauen Linie liegt der
beobachtete Wirkungsquerschnitt.
Im Bereich von 144 - 207 GeV/c2 liegt die Modellvorhersage eines
Higgsteilchens
der 4. Generation ausserhalb des Wirkungsquerschnitts (rote
Gitterlinie). Noch im Bereich
des Möglichen liegt die Produktion eines Higgsteilchens der 3.
Generation (untere rote Linie).
Quelle: CMS-Collaboration
Protonen-Kollision und der Zerfall in
W-Teilchen welche einen möglichen Zerfallskanal
eines Higgsteilchens darstellen.
Quelle: CMS-Collaboration
20.02.2011 - Restart 2011
Jeder Teilchenbeschleuniger benötigt regelmässige
Wartungsarbeiten. Seit am 6. Dezember 2010 der letzte Strahl im Beam
Dump entsorgt wurde, führten hunderte von Technikern und
Ingenieure Wartungsrbeiten am LHC und den Vorbeschleunigern durch.
Auch neue Systeme mussten installiert werden. So wurden kleinere
Magnete an den Strahlrohren angebracht um das auftreten von
störenden Elektronenwolken, die sich mit steigender Energie des
Teilchenstrahls bilden, zu reduzieren. Für das Proton
Synchrotron (PS), welches als Vorbeschleuniger für den LHC
dient, wurde eine neue Energieversorgung installiert.
Nach Abschluss dieser Arbeiten wurden die Systeme getestet und mit
der Rekalibrierung des Beschleunigers begonnen. Gestern um 22:20 Uhr
zirkulierte dann erstmals in diesem Jahr wieder ein Protonenstrahl
im LHC und rund 3 Stunden später folgte der zweite Strahl.
Austausch eines SPS-Magneten
Quelle: CERN
12.02.2011 - Cooldown abgeschlossen
In einem intensiven Workshop wurde letzten Monat die
Vorgehensweise für dieses und die folgenden Jahre besprochen.
So ist für dieses Jahr geplant, die zeitlichen Abstände
der Pakete von 150 ns auf 75 ns zu verringern, wodurch bis zu 900
Protonenpakete pro Strahl zirkulieren könnten. Desweiteren wird
die Fokussierung auf die Interaktionspunkte (IP's) verbessert.
Definitiv vom Tisch ist der Plan den Beschleuniger dieses Jahr mit 4
TeV (Schwerpunktenergie: 8 TeV) zu fahren. Eine Risikoanalyse ergab,
dass bei 4 TeV mit wesentlich mehr Ausfällen zu rechnen ist als
mit 3.5 TeV.
Gegen Ende 2011 erfolgt wieder die Injektion von Bleiionen und
danach ein kurzer technischer Stopp bevor es 2012 wieder mit
Protonenkollisionen weitergeht. Ein neues Szenario sieht im Jahr
2012 vor Protonen mit Bleiionen kollidieren zu lassen. Ende 2012
steht die grosse Umrüstung auf die Schwerpunktenergie von 14
TeV an. Innerhalb von 15 Monaten werden dann ca. 27000 Verbindungen
zwischen den Magneten ausgetauscht und jede einzelne auf ihre
Belastbarkeit geprüft.
Nun steht der Restart des LHC bevor. Letzte Woche haben die Magnete
ihre Arbeitstemperatur von - 271.3 °C erreicht. Nach Abschluss
diverser Powertests, wird der LHC-Tunnel nächste Woche wieder
versiegelt und mit den Vorbereitungen für die erste Injektion
in den LHC begonnen.
Ein ausführlicher Einblick in die
LHC Operationen.
Quelle: CERN
Jahresplan 2011
Quelle: CERN
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