Wuppertaler Physiker vor spannenden zwei Jahren

18.04.2011

Rekord-Datennahme am LHC

Wuppertaler Physiker vor spannenden zwei Jahren

Die Wuppertaler Doktorandin Katrin Becker überprüft den ATLAS-Pixeldetektor. Die Wuppertaler Doktorandin Katrin Becker überprüft den ATLAS-Pixeldetektor.Klick auf das Foto: Größere Version
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(Aktualisiert 26.04.2011) Nach fünf Monaten ist der Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik CERN in Genf Mitte April – stark verbessert – wieder angelaufen und lieferte bereits am ersten Wochenende seiner neuen Laufzeit so viele Daten wie im gesamten letzten Jahr. In der Nacht zu Karfreitag hat der LHC nun einen neuen Weltrekord bei der Teilchendichte aufgestellt. Der bisherige Rekord wurde vom Tevatron Collider am Fermilab in der Nähe von Chicago gehalten, der LHC hat ihn jetzt um rund 20 Prozent übertroffen. Die Teilchendichte zeigt, wie viele Kollisionen von Protonen stattfinden: Je mehr Kollisionen, umso größer die daraus resultierende Datenmenge. Durch die Protonen-Kollisionen am Osterwochenende wurden allein dreimal so viele Daten gesammelt wie im gesamten Jahr 2010. Erforscht wird am LHC, wie die Welt in einem 10.000stel eines Atomkerns aufgebaut ist. Die Arbeiten führen die Wissenschaftler zu den ersten Bruchteilen einer Sekunde nach dem Urknall, dem Beginn unseres Universums. Die Bergische Universität ist mit ca. 40 Physikern und Studierenden als Teil des ATLAS-Experiments an dieser Forschung beteiligt.

Vor einem Jahr begann der LHC, Wasserstoffkerne auf Wasserstoffkerne mit riesigen Energien aufeinander zu stoßen. „Der LHC ist das vielleicht komplizierteste Gerät, das jemals gebaut wurde“, so Experimentalphysiker Prof. Dr. Peter Mättig, Leiter der Wuppertaler Arbeitsgruppe. 2010 war vor allem ein Jahr der Tests und Erprobungen.

„Wie ein Airbus 380 nicht am ersten Tag den Atlantik überquert, muss auch der LHC Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden, genauso wie die Nachweisgeräte, mit denen die Zusammenstöße der im LHC umlaufenden Protonen aufgezeichnet werden“, erklärt Prof. Mättig. Im letzten Jahr seien enorme Fortschritte erzielt worden.

Der Wuppertaler Physiker Dr. Dominic Hirschbühl ist zurzeit verantwortlich für den Betrieb des Pixeldetektors, der zum Teil an der Bergischen Universität gebaut wurde. Dr. Hirschbühl: „Unser Detektor lief vom ersten Tag an ohne große Probleme. Aber wir haben gelernt, ihn jetzt sehr viel schneller, zuverlässiger und zielgenauer zu betreiben.“

Mitte April begann eine ca. 20-monatige Messperiode am LHC, deren Ergebnissen auch die Wuppertaler ATLAS-Physiker entgegenfiebern. Prof. Mättig: „Wir erwarten entscheidende Hinweise für die Lösung eines grundlegenden Problems unseres Verständnisses der Natur: Wie kann ein elementares Teilchen Masse besitzen?“

Vor knapp 50 Jahren hatte der britische Physiker Peter Higgs vorgeschlagen, dass für die Beantwortung dieser Frage ein neues Teilchen existieren muss. Seitdem wird intensiv danach gesucht – bisher vergeblich. „Da dieses Teilchen sehr schwer sein kann, erlauben erst die hohen Energien des LHC ein definitives Urteil abzugeben. Es ist das einzige Puzzleteilchen, das uns noch für unser Bild der Materie fehlt“, sagt Prof. Mättig.

Wenn das Higgs-Teilchen tatsächlich existiert, kommt es allerdings selbst am LHC selten vor: „In 40 Milliarden Zusammenstößen wird nur ein solches Teilchen produziert. Deswegen ist eine Erhöhung der Anzahl der Zusammenstöße der im LHC kreisenden Protonen so wichtig“, betont Dominic Hirschbühl. Der LHC sei auf dem besten Weg dies zu erreichen und soll ab jetzt fast ohne Unterbrechung bis Ende 2012 laufen.

Prof. Mättig: „Dann sollten genügend Kollisionen produziert sein, um das Higgs-Teilchen zu finden oder um sicher sagen zu können, es existiert nicht!“ Was dann? Prof. Mättig: „Das Higgs-Teilchen ist nur eine Vermutung. Aber wie die kleinsten Teilchen Masse erhalten, muss vom LHC gelöst werden. Wenn das Higgs nicht existiert, muss etwas Neues produziert werden, an das vielleicht niemand vorher gedacht hat! Die nächsten beiden Jahre werden daher enorm spannend!“.

Die Wuppertaler Forschergruppe bereitet sich auf beide Möglichkeiten vor: Einige Wissenschaftler suchen in den LHC-Daten nach einem Higgs-Teilchen, andere, ob sie etwas anderes finden.

Kontakt:
Prof. Dr. Peter Mättig
Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften
Telefon 0202/439-2761, Fax -2811
E-Mail peter.mattig@cern.ch

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