LHC: Heute um 05:28 Uhr wurden die letzten Protonenstrahlen in diesem Jahr im Beam Dump entsorgt. Damit
endet ein überaus erfolgreiches LHC Jahr. Die Experimente konnten mit insgesamt 49 Femtobarn mehr Daten sammeln als geplant. Zudem wurden letztes Wochenende, in ersten
TestlÄufen, erstmals 2748 Protonpakete pro Strahlrohr eingespeist
(bisher max. 1380 Pakete/Strahlrohr). Dazu wurde die Injektionzeit
zwischen den Paketen von 50 Nanosekunden auf 25 ns reduziert.
Diese gewonnen Daten dienen als Grundlage für den Restart in rund zwei Jahren.
Der LHC geht nun in einen kurzen Winterschlaf. Am 7. Januar 2013 wird der Beschleuniger für seinen letzten Betrieb
mit Protonen und Bleiionen vorbereitet. Anfangs Februar folgt dann die LS1-Phase in welcher der LHC
für den Betrieb bei höheren Energien optimiert wird.
Physik: Letzte Woche wurden auf der HCP, der Hadron Collider Physics-Konferenz
in Kyoto, Japan, die neuesten Ergebnisse der LHC-Experimente vorgestellt. ATLAS
und CMS präsentierten neue Zerfallskanäle für das im Juli neu entdeckte
Teilchen bei 126 GeV. Diese Kanäle stimmen mit den Vorhersagen des Standardmodells
für ein Higgs-Boson überein. Für die Bestimmung des Spins und der Parität des Teilchens,
welche für eine eindeutige Identifizierung des Teilchens nötig sind, sind die
statistischen Unsicherheiten jedoch noch zu gross um eine Aussage dazu zu machen.
Für die Analyse der Parität wurden die Winkel
der Zerfallsprodukte des neuen Teilchens gemessen und mit zwei Standardvorhersagen für die
Winkel einer positiven Parität und einer negativen Parität verglichen. Erste
Analysen von CMS zeigen eine Tendenz zu einer positiven Parität (allerdings erst mit 2.5 Sigma), wie
sie für ein Higgs-Boson vom Standardmodell vorhergesagt wird.
Auch die LHCb Kollaboration konnte neues berichten.
Mit dem LHCb Experiment gelang der Nachweis eines extrem seltenen Zerfallskanal eines B0s-Mesons in zwei Myonen.
Nach dem Standardmodell sollte sich dieser Zerfall dreimal bei jeweils einer
Milliarde Zerfallsprozessen ereignen.
Die LHCb Messungen ergaben eine Zerfallsrate von 3,2 (+1,5/-1,2)
pro Milliarde, was mit der Vorhersage des Standardmodells sehr gut übereinstimmt.
Eine Abweichung dieser Vorhersage wäre ein Hinweis für eine neue Physik gewesen,
wie sie von vielen supersymmetrischen Theorien (SUSY) vorgesagt wird. Jedoch
existieren auch Versionen der Supersymmetrie welche ebenfalls extrem niedrige
Zerfallraten dieser Art vorhersagen. Zudem liegt die statistische Unsicherheit
der jetzigen Messungen bisher erst bei 3.5 Sigma.
Zerfallskanäle July 2012. gestrichelte/vertikale Linie = Higgsvorhersage nach Standardmodell
Quelle: CERN
Zerfallskanäle November 2012. gestrichelte/vertikale Linie = Higgsvorhersage nach Standardmodell
LHC: Am 13. September um 01:26 Uhr kollidierten zum ersten mal Blei-Ionen
mit Protonen. Diese Kollisionen erlauben spezielle Untersuchungen der Quark-Gluonen
Verteilung innerhalb eines Bleikerns (82 Protonen und 126 Neutronen).
Dadurch kann ein besseres Verständnis der wesentlich komplexeren Blei-Blei Kollisionen erreicht werden.
Der Betrieb mit Protonen
und Blei-Ionen ist eine besondere Herausforderung, da sich die Bleikerne
etwas langsamer als die Protonen durch den Speicherring bewegen. Um dies zu
kompensieren werden die Protonen innerhalb des Strahlrohrs etwas von
ihrer normalen Flugbahn abgelenkt. Dadurch müssen die Protonen einen
längeren Weg für einen Ringumlauf zurücklegen. Da ein Ablenkmagnet nur ein
einzelnes Magnetfeld für beide Strahlrohre generieren kann, ist deshalb ein weitaus
komplexeres Timing erforderlich als beim Betrieb mit nur einer Teilchensorte.
Eine weitere Herausforderung
ist das RF-System (Radio Frequency System), das zur Beschleunigung der Teilchen
dient, genau so zu tunen, dass beide Teilchensorten die optimalste
Beschleunigungsenergie erhalten. Mit diesem ersten Pilotlauf konnte dieser komplexe
Betriebsmodus erfolgreich getestet werden. Die eigentliche Datennahme der
Proton-Bleiionen Kollisionen läuft vom Januar bis Februar 2013.
Nächste Woche
beginnt der dritte technische Stopp (TS3) in diesem Jahr, gefolgt von einem Scrubbing Run
und anschliessend die Datennahme von Proton-Proton Kollisionen.
TS3 könnte dazu genutzt werden den Kickermagneten MKI8D (Injection Kicker Magnet) auszutauschen.
MKI8D musste in der Vergangenheit immer wieder wegen Überhitzung abgekühlt werden
was zu Verzögerungen der Injektionen führte. Ein Austausch ist jedoch riskant und
könnte zu weiteren Ausfällen führen.
Proton-Bleiionen Kollision im ALICE Detektor.
Quelle: ALICE-Kollaboration
Proton-Bleiionen Kollision im LHCb Detektor.
Quelle: v
Sorgenkind MKI8D.
Quelle: CERN
16.07.2012 - LHC-Laufzeit verlängert
LHC: Um die Datenmenge vor dem geplanten rund 2-jährigen technischen Stopp
(LS1) des LHC zu erhöhen, wird die
Laufzeit des Beschleunigers verlängert. Die Proton-Proton Zusammenstösse sollten
nach der ursprünglichen Planung am 16. November eingestellt werden, gefolgt von den Proton-Bleiionen Kollisionen für den ALICE Detektor. Um den
Experimenten zur Analyse der Signals vom 04.07.2012 noch so viele Daten wie
möglich zur Verfügung zu stellen, wird der LHC im Proton-Proton Modus noch bis am 16.
Dezember in Betrieb sein. Nach dem obligatorischen Weihnachtsstopp erfolgen
vom 16. Januar 2013 bis am 10. Februar die ersten Proton-Bleiionen Kollisionen.
Physik: In der 2. Dezember Woche folgt ein zweites Update des neu entdeckten Signals, welches auf den
bis dahin analysierten Daten von 2012 basiert und vielleicht schon erste Details dazu zutage fördern wird.
04.07.2012 - Kanditat für das Higgs-Boson gefunden
Heute morgen fand am CERN das Higgs-Seminar 2012 statt. Zuerst
stellte Joe Incandela die CMS-Daten vor, gefolgt von ATLAS-Sprecherin Fabiola
Gianotti.
Die Daten von ATLAS und CMS zeigen, dass das letztjährige Signal um
125 GeV mit der Analyse der diesjährigen Daten deutlich angestiegen ist.
Das CMS Signal (125.3 GeV) erreicht 4.9 Sigma und das ATLAS Signal (126.5 GeV)
5.0 Sigma. Dies ist ausreichend um von einer Entdeckung eines neuen Teilchens
zu sprechen. Die bisher gemessen Eigenschaften dieses Teilchens stimmen mit den
Vorhersagen des Standardmodells für das Higgs-Boson überein. Die Erzeugungsrate
des neuen Teilchens (σDaten) ist ebenfalls konsistent mit der Vorhersage des Standardmodells für die
Erzeugungsrate (σSM) eines Higgs-Bosons: σDaten/σSM = 0.80 +/- 0.22.
ATLAS und CMS konzentrierten sich
bei ihrer bisherigen Analyse auf den Zerfallskanal des Higgs in zwei Photonen und den Zerfall in vier Leptonen (Elektronen, Myonen).
Beide Zerfallskanäle zeigen ein statistisch signifikantes Signal bei einer Masse um 125 GeV.
Dominierend ist hierbei der Zerfallskanal in zwei Photonen. Dieser Zerfall ist ein Hinweis darauf, dass es sich bei dem
neu entdeckten Teilchen um ein Boson handelt. Der nächste Schritt ist nun die genaue Vermessung
von weiteren Kanälen, sowie die Analyse des Spins und der Parität des neuen Teilchens.
Die bisherigen Daten von 2012 werden dazu weiter analysiert (bisher wurde nur ein Teil davon ausgewertet).
Der LHC wird zudem noch soviele Daten wie möglich nachliefern, bevor er für 2 Jahre während der Updatephase (LS1) ausser Betrieb ist. Das Paper zum Higgs-Mechanismus von Peter Higgs (31. August, 1964)
Higgs Seminar 2012
Quelle: CERN
Kandidat eines Higgszerfalls in 2 Photonen (Grün) im CMS-Detektor
Kandidat eines Higgszerfalls im ATLAS-Detektor in 4 Myonen (Rot)
Quelle: ATLAS-Kollaboration
Kandidat eines Higgszerfalls in 2 Myonen (Rot) und 2 Elektronen (Grün)
Quelle: ATLAS-Kollaboration
Full House heute morgen am CERN.
Quelle: CERN
Ein Higgs war sogar persönlich anwesend (Rechts: Peter Higgs)
Quelle: CERN
23.06.2012 - Higgs Seminar 2012
Am 4. Juli findet am CERN ein Seminar über die neuen Resultate von ATLAS und CMS zum Higgs-Boson statt.
Die Liveübertragung dazu beginnt am Morgen um 09:00 Uhr.
Higgs Seminar 2012
16.06.2012 - LHC weiterhin auf Kurs
Physik: Die erste grosse Hochenergie-Konferenz in diesem Jahr rückt näher.
Vom 4-11. Juli werden in Melbourne (Australien) an der ICHEP-Konferenz
(International Conference on High Energy Physics)
die neusten Resultate der Teilchenphysik vorgestellt. Am meisten mit Spannung
erwartet werden natürlich die neuen Ergebnisse von ATLAS und CMS zur Higgsfrage -
sein oder nicht sein. Die Präsentationen dafür beginnen am 7. Juli.
LHC: Die Produktionsrate der Kollisionen liegt soweit im geplanten Bereich.
Eine vielzahl technischer Probleme führen zwar immer wieder zu "No-Beam" Situationen,
andererseits gelingen immer öfters längere "Stable Beams"-Läufe weit über
12 Betriebsstunden (am 02.06.12 fast 23 Stunden!).
Am 19. Juni steht der zweite technische Stopp in diesem Jahr an.
Danach folgen 6 Wochen Betrieb bis zum dritten technischen Stopp, welcher für
die Vorbereitung der Proton-Blei Kollisionen genutzt wird. Ende Jahr geht der LHC dann
in seine 20-monatige Updatephase (LS1). Sollte bis dahin die Higgsfrage noch nicht
beantwortet sein und die Experimente dafür noch weitere Daten benötigen, könnte
die LS1 Phase um 1-2 Monate verzögert werden. Mit der geplanten Datenrate bis Ende Jahr
sollten zwar genügend Daten vorliegen, aber die Gefahr, dass der LHC schwer beschädigt
werden könnte und damit für längere Zeit ausfällt, ist jederzeit gegeben.
Erst letzte Woche wurde in einem Test des
LHC Beam dump Systems (LBDS) eine mögliche Fehlerquelle identifiziert, die einen Ausfall des LBDS provoziert hätte.
Ein Ausfall des LBDS während der Stable Beams Phase hätte katastrophale
Auswirkungen. Dann könnte die Energie von 120 Megajoule pro Strahl nicht mehr entsorgt
werden. Früher oder später würde ein Verlust der Strahlkontrolle eintreten und
einen enormen Schaden am Speicherring verursachen.
Dies wäre in etwa vergleichbar mit einem Hochgeschwindigkeitszug
der im LHC Tunnel bei Höchstgeschwindigkeit entgleist.
16.05.2012 - Erster Nachweis von Λb*0(5912) und Λb*0(5920)
Physik: Im LHCb Detektor gelang erstmals der Nachweis der Teilchen Λb*0(5912)
und Λb*0(5920). Dies sind Anregungszustände des bereits entdeckten
Λb*0(5620)-Teilchens (die Zahl in der Klammer steht für die Masse
in MeV, * = Spin 3/2, 0 = elektrische Ladung). Das Λb*0 (Lamda-Beauty) gehört zur Familie der Baryonen
welche sich aus 3 Quarks zusammensetzen. Das Λ-Baryon setzt sich aus einem
Up-, Down- und Strange-Quark zusammen. Beim Λb-Baryon ist
hingegen das Strange-Quark durch ein Beauty-Quark ersetzt. Bei den zwei neu
entdeckten Anregungszuständen handelt es sich um sog. Baryonenresonanzen welche
nur sehr kurzzeitig existieren. Die Signifikanz erreicht bei
Λb*0(5912) 4.9 Sigma und bei Λb*0(5920) 10.1 Sigma.
Physik: Nach Auswertungen von 5.3 Femtobarn Kollisionsdaten (Schwerpunktenergie:
7 TeV) die vom CMS-Detektor aufgezeichnet wurden, gelang erstmals der Nachweis
des Ξb*0-Teilchens (Ξ wird als Xi bezeichnet, das b
steht für das Bottom-Quark, der Stern für einen Spin von 3/2, die 0 für die
elektrische Ladung). Das Teilchen das aus einem Strange-Quark, einem
Bottom-Quark sowie einem Up-Quark besteht, gehört zur Familie der
Kaskadenteilchen, da diese äusserst instabil sind und sofort zu einer Kaskade
stabilerer Teilchen zerfallen. Aus den Zerfallsprodukten dieser Kaskade, konnte
auf die Produktion von Ξb*0 geschlossen werden. Diese
Zerfallskaskade wurde in 21 Kollisionen nachgewiesen und erreicht damit eine
Signifikanz von 5.3 Sigma.
LHC: Die Inbetriebnahme des LHC verlief ohne grösseren Zwischenfälle. Die Zahl der
Protonenpakete liegt inzwischen wieder bei 1380 pro Strahl und durch die bessere
Fokussierung auf 0.6 m erreichte die Luminosität einen neuen Rekordwert von
5.6 x 1033
cm-2s-1. Bisher konnten 2 Femtobarn
Daten bei 4 TeV gesammelt werden, was einer Datenrate von ca. 1 Femtobarn pro
Woche entspricht. Bis Ende Monat befindet sich
der Beschleuniger in der ersten geplanten Optimierungsphase (Machine Development) in diesem Jahr,
gefolgt von einigen Scrubbingläufen.
Möglicherweise kann die Zahl der Protonen pro Paket von 135 auf 150 Milliarden erhöht werden.
Danach folgen 6 Wochen im normalen Betriebsmodus. All dies sind vielversprechende Voraussetzungen für einen erfolgreichen
LHC Betrieb im Jahr 2012 und für die mit Spannung erwartete ICHEP-Konferenz
(International Conference on High Energy Physics) am 4-11 Juli.
Beschleuniger Effizienz 2011 und 2012
Quelle: CERN
05.04.2012 - Stable Beams bei 4 TeV
LHC: Heute um 0:38 Uhr herrschten zum ersten mal in diesem Jahr wieder stabile
Strahlbedingungen (Stable Beams).
Nachdem die Protonenpakete mit einer Energie von 4 TeV pro Strahl auf 0.6 m Beta* fokussiert wurden,
konnten die Experimente mit der Datenaufnahme beginnen. Die Jagd nach
dem Higgsboson und neuer Physik ist damit wieder eröffnet.
In den
folgenden Wochen wird nun die Anzahl der Protonenpakete schrittweise auf
1380 Pakete pro Strahlrohr erhöht.
Erstmals stabile Strahlbedingungen im Jahr 2012
Quelle: CERN
Erste 8 TeV Kollision im CMS-Detektor
Quelle: CMS Collaboration
Quelle: CMS Collaboration
LHC Restart 2012
Quelle: CERN
15.03.2012 - Erster Strahl 2012
LHC: Letzten Mittwoch Abend drehten die ersten Protonen in diesem Jahr ihre
Runden im LHC Speicherring. Und heute Abend wurden die ersten Protonenpakete in einem Teststrahl erfolgreich auf 4 TeV beschleunigt.
In den nächsten
3 Wochen werden nun alle Systeme getestet, um sie auf die ersten Kollisionen mit
4 TeV pro Strahl (= 8 TeV Schwerpunktenergie) vorzubereiten.
Physik: Letzte Woche wurden am Seminar "Rencontres de Moriond" in Italien die neusten
Analysen aus der Teilchenphysik unter anderem zum Higgs-Boson vorgestellt. Die Daten der Tevatron Detektoren CDF und DØ sehen zwischen 115 und 135 GeV und mit einer Signifikanz von 2.2 Sigma
eine Zunahme von möglichen Higgszerfällen. Dies deckt sich gut mit den
Beobachtungen von ATLAS und CMS die im selben Energiebereich Hinweise auf das
Higgs finden. Weitere Analysen der CMS Daten rücken das Peakmaximum von bisher
123.5 auf 125.0 GeV und damit auch näher an die ATLAS Beobachtung, dessen Maximum
bei 126 GeV liegt. Obwohl all dies für die Existenz des Higgsteilchens spricht,
kann aufgrund der geringen Signifikanz noch keine Aussage dazu getroffen werden. Zudem zeigen neue Berechnungen
der ATLAS Daten einen geringfügigen Rückgang des ATLAS Peaks bei 126 GeV.
Nun liegt der Ball wieder beim LHC und der Produktion möglichst vieler Kollisionen
in den Detektoren. Sollte ein 125 GeV Higgs existieren, hätte die Erhöhung der
LHC Energie von 3.5 auf 4.0 TeV zudem eine um den Faktor 1.5 höhere Produktion
an Higgszerfällen zur Folge.
Higgs Ausschlussgrenzen basierend auf den Tevatrondaten
Quelle: Fermilab
Möglicher Higgszerfall nach einer Proton-Antiproton Kollision im CDF-Detektor.
Quelle: Fermilab
Peakshift nach neuer CMS Analyse auf 125 GeV (oben: neu / unten: alt).
Quelle: CMS Collaboration
Kleinerer Peak nach neuer ATLAS Analyse (links: alt / rechts: neu)
Quelle: ATLAS Collaboration
02.03.2012 - CDF bestätigt LHCb
Physik: Im November letzten Jahres wurden in den Daten des LHCb Detektors Hinweise auf eine CP-Verletzung gefunden. Dies könnte zur Klärung der Frage beitragen, weshalb sich Materie und Antimaterie beim Urknall nicht zu gleichen Teilen vernichtet haben. Obwohl das Tevatron unlängst abgeschaltet wurde, werden die Daten seiner Detektoren immer noch ausgewertet. Untersuchungen der CDF Daten (9.7 fb) bestätigen nun die LHCb Resultate. LHCb fand einen Wert von ΔACP -0.82 % und CDF einen Wert von ΔACP -0.62 %. Beide Werte weichen deutlich von der Vorhersage des Standardmodells ab, das einen ΔACP von 0.01 - 0.1 % vorhersagt. Die Kombination der LHCb und CDF Daten ergeben zusammen eine Standardabweichung von 3.8 Sigma.
Schwarzer Punkt = ΔACP Vorhersage nach dem Standardmodell
Quelle: LHCb-Collaboration
Roter Punkt = ΔACP Vorhersage nach dem Standardmodell
Quelle: CDF Collaboration
07.02.2012 - Chamonix 2012
Der LHC erwacht langsam wieder aus seinem Winterschlaf.
Die meisten Wartungsarbeiten des diesjährigen Winter Shutdowns sind abgeschlossen
und die ersten Sektoren befinden sich bereits wieder in der Abkühlphase. Bis am
21. Februar sollten alle 8 Sektoren wieder ihre Arbeitstemperatur von 1.9 K (-271.3 C)
erreicht haben. Vom 22. Februar bis am 14. März folgen Tests der Energie-, Vakuum- und
Kühlsysteme um den LHC für den Restart 2012 vorzubereiten.
Mit welcher Konfiguration der Beschleuniger in
diesem Jahr betrieben wird, wird zurzeit im alljährlichen Chamonix Workshop am Fusse des
Mont Blanc festgelegt. Die grösste Änderung im Vergleich zum Vorjahr liegt in der Erhöhung der
Strahlenergie von 3.5 auf 4.0 TeV (Schwerpunktenergie 8 TeV). Damit stösst der LHC 2012 in einen
neuen, unbekannten Energiebereich vor. Ein weiteres Ziel ist die Erhöhung der Luminosität
damit bis Jahresende noch möglichst viele Kollisionsdaten gesammelt
werden können. Um dies zu erreichen ist eine weitere
Reduzierung des Beta*
von bisher 1.0 Meter auf 60 cm geplant. Hingegen wird der Paketabstand von den bisher
50 Nanosekunden nicht auf 25 ns verringert, da die Experimente schon an ihre
Verarbeitungsgrenzen stossen. Zudem wäre ein 25 ns Betrieb mit einer erhöhten Bildung
von Elektronenwolken verbunden, was zu geringeren Lebenszeiten der Protonenstrahlen
und zu einer Zunahme der zeitaufwendigen
Scrubbingläufe führen würde.
Jahresplan 2012 I (LS1 = Long Shutdown)
Quelle: CERN
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