Large Hadron Collider

Großer Hadron Collider (LHC)
LHC.svg
Layout des LHC -Komplexes
Allgemeine Eigenschaften
Beschleunigertyp Synchrotron
Strahltyp Proton, schweres Ion
Zieltyp Kollider
Strahleigenschaften
Maximale Energie 6,8 TEV pro Strahl (13,6 TEV -Kollisionsenergie)
Maximal Helligkeit 1×1034/(cm2⋅S)
Physikalische Eigenschaften
Umfang 26659m
Ort Genf, Schweiz
Koordinaten 46 ° 14'06 ″ n 06 ° 02'42 ″ e/46.23500 ° N 6.04500 ° E
Institution Cern
Betriebsdaten 2010 - Gegenwart
Vorausgegangen von Großer Elektronenpositron -Kollider
Large Hadron Collider
(LHC)
LHC.svg
LHC -Experimente
ATLAS Ein toroidaler LHC -Apparat
CMS Kompakte Myonememine
LHCB LHC-Beauty
Alice Ein großes Ion -Kollider -Experiment
TOTEM Gesamtquerschnitt, elastische Streuung und Beugungsdissoziation
LHCF LHC-Forward
Moedal Monopol- und Exoten -Detektor am LHC
Faser Vorwärts -Such -Experiment
Snd Streuung und Neutrino -Detektor
LHC -Vorabfänger
P und Pb Lineare Beschleuniger zum Protonen (Linac 4) und führen (Linac 3)
(nicht markiert) Proton Synchrotron Booster
Ps Proton Synchrotron
Sps Super Proton Synchrotron
Cern Komplex
CERN accelerator complex (cropped 2).jpeg
Strompartikel- und Kerneinrichtungen
LHC Beschleunigt Protonen und schwer Ionen
Leir Beschleunigt Ionen
Sps Beschleunigt Protonen und Ionen
PSB Beschleunigt Protonen
Ps Beschleunigt Protonen oder Ionen
Linac 3 Injiziert schwere Ionen in Leir
Linac4 Beschleunigt Ionen
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Elena Verlangsamt Antiprotons
Iolde Produziert radioaktive Ionenstrahlen

Das Large Hadron Collider (LHC) ist die weltweit größte und höchste Energie Partikelcollider.[1][2] Es wurde von der gebaut Europäische Organisation für Nuklearforschung (CERN) Zwischen 1998 und 2008 in Zusammenarbeit mit über 10.000 Wissenschaftlern und Hunderten von Universitäten und Labors sowie mehr als 100 Ländern.[3] Es liegt in einem Tunnel 27 Kilometer im Umfang und so tief wie 175 Meter (574 ft) unter dem Frankreich -Jugendgrenze nahe Genf.

Die ersten Kollisionen wurden 2010 mit einer Energie von 3,5 erreichtTeraElektronen (TEV) pro Strahl, etwa das Vierfache der vorherigen Weltrekord.[4][5] Nach dem Upgrades erreichte es 6,5 TEV pro Strahl (13 TOV -Gesamtkollisionsenergie, der vorliegende Weltrekord).[6][7][8][9] Ende 2018 wurde es drei Jahre lang für weitere Upgrades geschlossen.

Der Collider hat vier Kreuzungspunkte, an denen die beschleunigten Partikel kollidieren. Sieben Detektorenjeweils für die Erkennung verschiedener Phänomene sind rund um die Kreuzungspunkte positioniert. Das LHC kollidiert hauptsächlich Protonenstrahlen, kann aber auch schwere Strahlen beschleunigen Ionen: führen–Lead -Kollisionen und Proton–Lead -Kollisionen werden in der Regel für einen Monat im Jahr durchgeführt.

Das Ziel des LHC ist es, Physikern die Vorhersagen verschiedener Theorien von zu ermöglichen Teilchenphysik, einschließlich Messung der Eigenschaften der Higgs Boson[10] Suche nach der großen Familie neuer Partikel, die von vorhergesagt werden Supersymmetrische Theorien,[11] und andere ungelöste Fragen in der Teilchenphysik.

Hintergrund

Der Begriff Hadron bezieht sich auf subatomar zusammengesetzte Partikel zusammengesetzt aus Quarks zusammengehalten bis zum starke Kraft (Analog zu dem, wie das ist Atome und Moleküle werden von der zusammengehalten elektromagnetische Kraft).[12] Die bekanntesten Hadronen sind die Baryonen wie zum Beispiel Protonen und Neutronen; Hadrons umfassen auch Mesons so wie die Pion und Kaon, die während der entdeckt wurden kosmischen Strahlung Experimente in den späten 1940er und frühen 1950er Jahren.[13]

A Kollider ist eine Art a Partikelbeschleuniger das bringt zwei gegensätzliche Gegenstände Partikel Strahlen zusammen, so dass die Partikel kollidieren. Im Teilchenphysik, Kollider, obwohl es schwerer zu konstruieren ist, sind ein leistungsstarkes Forschungsinstrument, weil sie eine viel höhere Erreichung erreichen Massezentrum Energie als Feste Ziel Setups. [1] Die Analyse der Nebenprodukte dieser Kollisionen liefert Wissenschaftlern gute Beweise für die Struktur der subatomar Welt und die Gesetze der Natur, die es regeln. Viele dieser Nebenprodukte werden nur durch energiegeladene Kollisionen produziert und verfallen nach sehr kurzen Zeiträumen. Daher sind viele von ihnen schwer oder fast unmöglich, auf andere Weise zu studieren.[14]

Zweck

Viele Physiker hoffte, dass der große Hadron Collider helfen würde, einige der zu beantworten grundlegende offene Fragen in der Physik, die die grundlegenden Gesetze betreffen, die die Interaktionen und Kräfte unter den regeln Elementarobjekte, die tiefe Struktur von Raum und Zeit und insbesondere die Wechselbeziehung zwischen Quantenmechanik und generelle Relativität.[15]

Daten wurden auch benötigt von energiereicher Teilchen Experimente, um darauf hinzudeuten, welche Versionen aktueller wissenschaftlicher Modelle mit größerer Wahrscheinlichkeit korrekt waren - insbesondere zwischen dem wählen Standardmodell und Higgsless Model, um ihre Vorhersagen zu validieren und eine weitere theoretische Entwicklung zu ermöglichen.

Zu den von LHC -Kollisionen geplanten Fragen gehörten:[16][17]

Andere offene Fragen, die mit hochenergetischen Partikelkollisionen untersucht werden können:

Entwurf

Der Kollider ist in einem kreisförmigen Tunnel mit einem Umfang von 16,6 mi in einer Tiefe zwischen 50 und 175 Metern (164 bis 574 Fuß) unter der Erde enthalten. Die Variation der Tiefe war absichtlich, um die Menge an Tunnel zu verringern, die unter dem liegt Jura -Berge Um zu vermeiden, dort eine vertikale Zugangswelle auszuheben. Ein Tunnel wurde ausgewählt, um nicht teures Land auf der Oberfläche zu kaufen, was auch Auswirkungen auf die Landschaft haben und die Abschirmung vor Hintergrundstrahlung nutzen würde, die die Erdkruste bietet.[29]

Karte des großen Hadron -Kolliders bei CERN

Der zwischen 1983 und 1988 errichtete 3,8 Meter große, weite Beton-Tunnel wurde früher verwendet, um das unterzubringen Großer Elektronenpositron -Kollider.[30] Der Tunnel überquert die Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich an vier Punkten, wobei das meiste in Frankreich. Oberflächengebäude halten Nebenausrüstung wie Kompressoren, Lüftungsgeräte, Steuerelektronik und Kühlpflanzen.

Superkondition Quadrupolelektromagnetze werden verwendet, um die Strahlen auf vier Schnittpunkte zu lenken, an denen Wechselwirkungen zwischen beschleunigten Protonen stattfinden.

Der Kollider -Tunnel enthält zwei benachbarte Parallele Strahllinien (oder Strahlrohre) Jeder enthält einen Strahl, der in entgegengesetzte Richtungen um den Ring reist. Die Strahlen schneiden sich an vier Punkten um den Ring, wo die Partikelkollisionen stattfinden. Etwa 1.232 Dipolmagnete Halten Sie die Strahlen auf ihrem kreisförmigen Pfad (siehe Bild[31]), während weitere 392 Quadrupolmagnete werden verwendet, um die Strahlen fokussiert zu halten, mit stärkeren Quadrupolmagneten in der Nähe der Kreuzungspunkte, um die Wechselwirkungschancen zu maximieren, bei denen sich die beiden Strahlen kreuzen. Magnete von höhere Multipolordnungen werden verwendet, um kleinere Unvollkommenheiten in der Feldgeometrie zu korrigieren. Insgesamt ungefähr 10.000 supraleitende Magnete sind installiert, wobei die Dipolmagnete eine Masse von über 27 Tonnen haben.[32] Ungefähr 96 Tonnen von Superfluid Helium-4 wird benötigt, um die Magnete aus kupferverkleidet zu halten Niobium-Titanium, bei ihren Betriebstemperatur von 1,9 K (–271,25 ° C), was den LHC zum größten macht kryogen Einrichtung in der Welt bei flüssiger Heliumtemperatur. LHC verwendet 470 Tonnen NB -TI -Superkonferenz.[33]

Während der LHC -Operationen zeichnet die CERN -Stelle ungefähr 200 MW Elektrischer Strom von den Franzosen Elektrizitätsnetz, was zum Vergleich ungefähr ein Drittel des Energieverbrauchs der Stadt Genf ist; Der LHC -Beschleuniger und die Detektoren zeichnen etwa 120 MW davon.[34] Jeder Tag seines Betriebs erzeugt 140 Terabyte von Dateien.[35]

Beim Ausführen einer Energie von 6,5 TEV pro Proton,[36] Ein- oder zweimal am Tag, da die Protonen von 450 beschleunigt werdenGev auf 6,5TevDas Feld der supraleitenden Dipolmagnete wird von 0,54 auf 7.7 Teslas (t). Die Protonen haben jeweils eine Energie von 6,5 TEV, der eine Gesamtkollisionsenergie von 13 Tev ergibt. Bei dieser Energie haben die Protonen a Lorentz -Faktor von ungefähr 6.930 und bewegen 0,999999990 coder etwa 3,1 m/s (11 km/h) langsamer als die Lichtgeschwindigkeit (c). Es braucht weniger als 90 Mikrosekunden (μs) für einen Proton um 26,7 km um den Hauptring. Das führt zu 11.245 Revolutionen pro Sekunde für Protonen, ob die Partikel im Hauptring mit niedriger oder hoher Energie sind, da die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen diesen Energien außerhalb der fünften Dezimalzahl liegt.[37]

Anstatt kontinuierliche Balken zu haben, sind die Protonen zusammen miteinander in bis zu bis hin zu 2.808 Bündel, mit 115 Milliarden Protonen in jedem Haufen, so dass Wechselwirkungen zwischen den beiden Strahlen in diskreten Intervallen vorliegen, hauptsächlich 25 Nanosekunden (ns) Abgesehen von einer Bündel -Kollisionsrate von 40 MHz. Es wurde in den ersten Jahren mit weniger Trauben betrieben. Das Design Helligkeit des LHC ist 1034 cm–2s–1,[38] das wurde erstmals im Juni 2016 erreicht.[39] Bis 2017 wurde dieser Wert zweimal erreicht.[40]

Die LHC -Protonen stammen aus dem kleinen roten Wasserstofftank.

Bevor die Partikel in den Hauptbeschleuniger injiziert werden, werden die Partikel von einer Reihe von Systemen hergestellt, die ihre Energie nacheinander erhöhen. Das erste System ist das linearer Partikelbeschleuniger Linac4 Erzeugen von 160 MeV -negativen Wasserstoffionen (h Ionen), die die ernähren Proton Synchrotron Booster (PSB). Dort werden beide Elektronen aus den Wasserstoffionen entzogen, sodass nur der Kern ein Proton enthält. Protonen werden dann auf 2 Gev beschleunigt und in die injiziert Proton Synchrotron (PS), wo sie auf 26 Gev beschleunigt werden. Endlich, das Super Proton Synchrotron (SPS) wird verwendet, um ihre Energie weiter auf 450 Gev zu erhöhen, bevor sie endlich (über einen Zeitraum von mehreren Minuten) in den Hauptring injiziert werden. Hier werden die Protonengruppen akkumuliert, beschleunigt (über einen Zeitraum von 20 Minuten) zu ihrer Spitzenergie und schließlich für 5 bis 5 bis zu 24 Stunden während Kollisionen an den vier Kreuzungspunkten auftreten.[41]

Das LHC -Physikprogramm basiert hauptsächlich auf Protonen -Proton -Kollisionen. In kürzeren Laufzeiträumen, in der Regel ein Monat pro Jahr, sind im Programm jedoch schwere Kollisionen enthalten. Während auch leichtere Ionen berücksichtigt werden, befasst sich das Basisschema mit führen Ionen[42] (sehen Ein großes Ion -Kollider -Experiment). Die Bleiionen werden zunächst vom linearen Beschleuniger beschleunigt Linac 3, und die Ionenring mit niedriger Energie (Leir) wird als Ionenspeicher und kühlere Einheit verwendet. Die Ionen werden dann durch das PS und die SPS weiter beschleunigt, bevor sie in einen LHC -Ring injiziert werden, wo sie eine Energie von 2,3 TEV pro erreichen Nucleon (oder 522 TEV pro Ion),[43] höher als die von den erreichten Energien Relativistische schwere Ionenkollider. Das Ziel des Schwerwerkprogramms ist es zu untersuchen Quark -Gluonplasma, was in der existierte Frühes Universum.[44]

Detektoren

Am LHC wurden acht Detektoren gebaut, die sich unter der Erde in großen Höhlen befinden, die an den Schnittpunkten des LHC ausgegraben wurden. Zwei von ihnen, die Atlas -Experiment und die Kompakte Myonememine (CMS) sind große allgemeine Verwaltungszwecke Partikeldetektoren.[2] Alice und LHCB haben spezialisiertere Rollen und die letzten vier, TOTEM, Moedal, LHCF, und Faser sind viel kleiner und sind für sehr spezialisierte Forschung. Die Atlas- und CMS -Experimente entdeckten den Higgs -Boson, was ein starker Beweis dafür ist, dass das Standardmodell den korrekten Mechanismus hat, Elementarpartikeln Masse zu geben.[45]

CMS Detektor für LHC

Computer- und Analyseeinrichtungen

Die von LHC erzeugten Daten sowie die LHC-bezogene Simulation wurden auf ungefähr 15 geschätzt Petabyte pro Jahr (maximaler Durchsatz während des Laufens ist nicht angegeben)[46]- Eine große Herausforderung für sich zu dieser Zeit.

Das LHC Computing Grid[47] wurde im Rahmen des LHC -Designs konstruiert, um die massiven Datenmengen zu bewältigen, die für seine Kollisionen erwartet wurden. Es ist ein internationales kollaboratives Projekt, das aus einem gitterbasierten basierten Projekt besteht Computernetzwerk Infrastruktur verbinden zunächst 140 Computerzentren in 35 Ländern (über 170 in 36 Ländern ab 2012). Es wurde von entworfen von Cern Um das signifikante Datenvolumen der LHC -Experimente zu bewältigen,[48][49] Einbeziehung sowohl privater Glasfaserkabelverbindungen als auch vorhandenen Hochgeschwindigkeitsabschnitten der Öffentlichkeit Internet Um die Datenübertragung von CERN zu akademischen Institutionen auf der ganzen Welt zu ermöglichen.[50] Das Open Science Grid wird als primäre Infrastruktur in den Vereinigten Staaten und auch als Teil einer interoperablen Föderation mit dem LHC -Computernetz verwendet.

Das verteiltes Computer Projekt [email protected] wurde begonnen, die Konstruktion und Kalibrierung des LHC zu unterstützen. Das Projekt verwendet die BOINC Plattform, die jedem mit einer Internetverbindung und einem Computer ausgeführt werden Mac OS X, Fenster oder Linux Um die Leerlaufzeit ihres Computers zu nutzen, um zu simulieren, wie Partikel in den Strahlrohren fahren. Mit diesen Informationen können die Wissenschaftler feststellen, wie die Magnete kalibriert werden sollten, um die stabilste "Umlaufbahn" der Strahlen im Ring zu erhalten.[51] Im August 2011 wurde eine zweite Anwendung (test4Theory) lebendig, die Simulationen ausführt, mit denen tatsächliche Testdaten verglichen werden können, um die Konfidenzniveaus der Ergebnisse zu bestimmen.

Bis 2012 Daten von über 6 Fülle (6×1015) LHC -Proton -Proton -Kollisionen wurden analysiert,[52] LHC -Kollisionsdaten wurden mit ca. 25 erstellt Petabyte pro Jahr, und das LHC Computing Grid war der weltweit größte geworden Computergitter 2012 bestand aus über 170 Computereinrichtungen in a weltweites Netzwerk In 36 Ländern.[53][54][55]

Betriebsgeschichte

Der LHC ging zum ersten Mal am 10. September 2008 live.[56] Die ersten Tests wurden jedoch vom 19. September 2008 bis 20. November 2009 nach a um 14 Monate verzögert Magnetlöschung Vorfall, der über 50 umfangreiche Schäden verursachte supraleitende Magnete, ihre Montage und die Vakuumrohr.[57][58][59][60][61]

Während seines ersten Lauf Partikelstrahlen von beide Protonen bei bis zu 4teraelectronvolts (4 Tev oder 0,64 Mikrojoule), oder führen Kerne (574 TEV pro Kern oder 2,76 TEV pro Nucleon).[62][63] Zu den ersten Run -Entdeckungen gehörten die langlebig Higgs Boson, mehrere zusammengesetzte Partikel (Hadronen) wie das χb (3p) Bottomonium Zustand, die erste Schaffung von a Quark -Gluonplasmaund die ersten Beobachtungen des sehr seltenen Zerfalls der Bs Meson in zwei Myonen (Bs0 → μ+μ), was die Gültigkeit bestehender Modelle von in Frage stellte Supersymmetrie.[64]

Konstruktion

Betriebliche Herausforderungen

Die Größe des LHC stellt eine außergewöhnliche technische Herausforderung mit einzigartigen Betriebsproblemen dar, da die in den Magnete und Strahlen gespeicherte Energiemenge.[41][65] Während des Betriebs die Gesamtsumme Energie, die in den Magneten gespeichert ist IS 10 GJ (2.400 Kilogramm TNT) und die Gesamtenergie, die von den beiden Strahlen getragen wird, erreicht 724 MJ (173 Kilogramm TNT).[66]

Verlust von nur zehn Millionster Teil (10–7) des Strahls reicht aus, um löschen a supraleitender Magnet, während jeder der beiden Strahl -Dumps Muss 362 MJ (87 Kilogramm TNT) absorbieren. Diese Energien werden von sehr wenig Materie getragen: unter nominalen Betriebsbedingungen (2.808 Bündel pro Strahl, 1,15 × 1011 Protonen pro Bündel), die Strahlrohre enthalten 1,0 × 10–9 Gramm Wasserstoff, der in Standardbedingungen für Temperatur und Druck, würde das Volumen eines körnigen Körners feiner Sand füllen.

Kosten

Mit einem Budget von 7,5 Milliarden € (ca. 9 Mrd. USD oder 6,19 Mrd. £ ab Juni 2010) Das LHC ist eines der teuersten wissenschaftlichen Instrumente[1] Jemals gebaut.[67] Die Gesamtkosten des Projekts werden voraussichtlich in der Größenordnung von 4,6 Mrd. sein Schweizer Franken (SFR) (ca. 4,4 Mrd. USD, 3,1 Mrd. € oder 2,8 Mrd. £ ab Januar 2010) für den Gaspedal und 1,16 Mrd. (SFR) (ca. 1,1 Mrd. USD, 0,8 Mrd. € oder 0,7 Mrd. £ ab Januar 2010) für den CERN -Beitrag zu den Experimenten.[68]

Der Bau von LHC wurde 1995 mit einem Budget von SFR 2,6 Mrd. mit einem weiteren SFR 210 m für die Experimente genehmigt. Die Kostenüberschreitungen, die in einer wichtigen Überprüfung im Jahr 2001 bei rund SFR 480 m für den Gaspedal und SFR 50 m für die Experimente geschätzt wurden, sowie eine Verringerung des Budgets von CERN von 2005 bis April 2007.[69] Die supraleitenden Magnete waren für SFR 180 m der Kostenerhöhung verantwortlich. Es gab auch weitere Kosten und Verzögerungen aufgrund technischer Schwierigkeiten beim Bau der Höhle für die Kompakte Myonememine,[70] und auch aufgrund von Magnetträgern, die nicht ausreichend stark gestaltet waren und ihre ersten Tests (2007) und Schäden durch a Magnetlöschung und Flüssiges Helium Flucht (Eröffnungstest, 2008) (sehen: Bauunfälle und Verzögerungen).[71] Da die Stromkosten im Sommer niedriger sind, arbeitet der LHC normalerweise nicht in den Wintermonaten.[72] Obwohl Ausnahmen in den Wintern 2009/10 und 2012/2013 die Startverzögerungen von 2008 ausgleichen und die Präzision der Messungen des 2012 entdeckten neuen Partikels verbessern.

Bauunfälle und Verzögerungen

  • Am 25. Oktober 2005 wurde José Pereira Lage, ein Techniker, im LHC getötet, als a Schaltanlage Das wurde transportiert.[73]
  • Am 27. März 2007 eine kryogene Magnetunterstützung, die von entworfen und zur Verfügung gestellt wurde von Fermilab und Kek Während eines anfänglichen Drucktests mit einem der Innen -Triplett -Magnetenanordnungen des LHC (Fokussierung des Quadrupols) brach. Niemand wurde verletzt. Der Direktor von Fermilab, Pier Oddone, erklärte: "In diesem Fall sind wir verblüfft, dass wir einige sehr einfache Kräfteverhältnisse verpasst haben." Der Fehler war im ursprünglichen Design vorhanden und blieb in vier technischen Bewertungen in den folgenden Jahren geblieben.[74] Die Analyse ergab, dass ihr Design, das für eine bessere Isolierung so dünn wie möglich gemacht wurde, nicht stark genug war, um den während des Drucktests erzeugten Kräfte standzuhalten. Details sind in einer Erklärung von Fermilab verfügbar, mit der CERN einverstanden ist.[75][76] Die Reparatur des zerbrochenen Magneten und die Verstärkung der acht identischen Baugruppen, die von LHC verwendet wurden, verzögerten das Startdatum und dann für November 2007 geplant.
  • Am 19. September 2008, während der ersten Tests führte eine fehlerhafte elektrische Verbindung zu a Magnetlöschung (der plötzliche Verlust von a supraleitender Magnet'S supraleitende Fähigkeit aufgrund der Erwärmung oder elektrisches Feld Auswirkungen). Sechs Tonnen Supercooled Flüssiges Helium-Verwendet, um die Magnete zu kühlen-zaptiert, mit ausreichender Kraft, um 10-Tonnen-Magnete in der Nähe von ihren Montagen zu brechen, und verursachte erhebliche Schäden und Kontaminationen des Vakuumrohrs. Reparaturen und Sicherheitskontrollen verursachten eine Verzögerung von rund 14 Monaten.[77][78][79]
  • Im Juli 2009 wurden zwei Vakuumlecks gefunden, und der Betriebsstart wurde auf Mitte November 2009 weiter verschoben.[80]

Anfängliche niedrigere Magnetströme

In beiden Läufen (2010 bis 2012 und 2015) wurde der LHC zunächst mit Energien unterhalb seiner geplanten Betriebsenergie ausgeführt und auf seinem ersten Lauf auf nur 2 x 4 TEV -Energie und 2 x 6,5 TEV auf seinem zweiten Lauf gestiegen. unter der Konstruktionsenergie von 2 x 7 Tev. Dies liegt daran, dass massive supraleitende Magnete beträchtlich erforderlich sind Magnettraining Um die hohen Strömungen ohne zu handhaben, ohne ihre supraleitenden Fähigkeiten verlierenund die hohen Strömungen sind erforderlich, um eine hohe Protonenenergie zu ermöglichen. Der "Training" -Prozess umfasst das wiederholte Ausführen der Magnete mit niedrigeren Strömen, um Beletzungen oder winzige Bewegungen zu provozieren, die sich daraus ergeben können. Es braucht auch Zeit, um Magnete auf ihre Betriebstemperatur von ca. 1,9 abzukühlen K (nahe bei Absoluter Nullpunkt). Im Laufe der Zeit "Betten in" und hört auf, diese kleineren Ströme zu löschen, und kann den vollständigen Designstrom ohne Löschen bewältigen. CERN -Medien beschreiben die Magnete als "Schütteln" die unvermeidbaren, winzigen Fertigungsunternehmen in ihren Kristallen und Positionen, die ihre Fähigkeit, ihre geplanten Strömungen zu bewältigen, ursprünglich beeinträchtigt hatten. Die Magnete im Laufe der Zeit und beim Training können allmählich ihre vollständigen geplanten Ströme ohne Löschen bewältigen.[81][82]

Eröffnungstests (2008)

Der erste Strahl wurde durch die zirkuliert Kollider Am Morgen des 10. September 2008.[83] Cern erfolgreich die Protonen um den Tunnel stufen, drei Kilometer gleichzeitig. Die Partikel wurden im Uhrzeigersinn in den Gaspedikor abgefeuert und um 10:28 Uhr lokaler Zeit erfolgreich um ihn herum gesteuert.[56] Der LHC hat seinen Haupttest erfolgreich abgeschlossen: Nach einer Reihe von Testläufen blitzten zwei weiße Punkte auf einem Computerbildschirm, in dem die Protonen die gesamte Länge des Kolliders bewegten. Es dauerte weniger als eine Stunde, um den Partikelstrom um seinen ersten Stromkreis zu führen.[84] CERN schickte als nächstes einen Protonenstrahl gegen den Uhrzeigersinn erfolgreich und dauerte aufgrund eines Problems mit dem etwas länger bei anderthalb Stunden Kryogene, wobei der volle Stromkreis um 14:59 abgeschlossen ist.

Vorfall löschen

Am 19. September 2008 a Magnetlöschung trat in etwa 100 Biegen auf Magnete in Sektoren 3 und 4, wo ein elektrischer Fehler zu einem Verlust von ungefähr sechs Tonnen von führte Flüssiges Helium (die Magnete ' kryogen Kühlmittel), das in den Tunnel entlüftet wurde. Der flüchtende Dampf wurde mit explosiver Kraft erweitert und insgesamt 53 beschädigt supraleitende Magnete und ihre Montagen und die Kontamination des Vakuumrohr, die auch Vakuumbedingungen verloren.[57][58][85]

Kurz nach dem Vorfall berichtete CERN, dass die wahrscheinlichste Ursache des Problems a war fehlerhafte elektrische Verbindung Zwischen zwei Magneten und dem - aufgrund der Zeit, die zum Aufwärmen der betroffenen Sektoren benötigt wurde, und sie dann wieder auf die Betriebstemperatur zurückkühlen würde - würde die Reparatur mindestens zwei Monate dauern.[86] CERN veröffentlichte einen vorläufigen technischen Bericht[85] und vorläufige Analyse des Vorfalls am 15. bzw. 16. Oktober 2008,[87] und ein detaillierterer Bericht am 5. Dezember 2008.[78] Die Analyse des Vorfalls durch CERN bestätigte, dass ein elektrischer Fehler tatsächlich die Ursache war. Die fehlerhafte elektrische Verbindung hatte (korrekt) zu a geführt ausfallsicher Leistungsabbruch der elektrischen Systeme, die die supraleitenden Magnete mit Strom versorgen, aber auch eine verursacht hatten elektrischer Bogen (oder Entladung), die die Integrität des überkühlten Heliumgehäuse und der Vakuumisolierung beschädigten, wodurch die Temperatur und der Druck des Kühlmittels schnell über die Fähigkeit der Sicherheitssysteme hinausgehen, sie einzudämmen.[85] und zu einem Temperaturanstieg von etwa 100 Grad führen Celsius in einigen der betroffenen Magnete. Energie, die in den supraleitenden Magneten gespeichert ist und elektrisches Geräusch induziert In anderen Quench -Detektoren spielten auch eine Rolle bei der schnellen Erwärmung. Ungefähr zwei Tonnen aus flüssigem Helium entging explosionsartig, bevor die Detektoren einen Notstand auslösten und weitere vier Tonnen bei niedrigerem Druck in der Folge durchgesickert waren.[85] Insgesamt 53 Magneten wurden bei dem Vorfall beschädigt und während der Winterabschließung repariert oder ersetzt.[88] Dieser Unfall wurde in einem 22. Februar 2010 gründlich besprochen Superkonferenzwissenschaft und -technologie Artikel von CERN Physiker Lucio Rossi.[89]

Im ursprünglichen Zeitplan für die LHC-Inbetriebnahme, die ersten "bescheidenen" energiegeladenen Kollisionen bei a Schwerpunkt Die Energie von 900 GeV wurde voraussichtlich vor Ende September 2008 stattfinden, und der LHC sollte bis Ende 2008 bei 10 TEV operieren.[90] Aufgrund der durch den Vorfall verursachten Verzögerung war der Collider jedoch erst im November 2009 betriebsbereit.[91] Trotz der Verzögerung wurde LHC am 21. Oktober 2008 offiziell in Gegenwart politischer Führer, Wissenschaftsministern aus den 20 Mitgliedstaaten von CERN, CERN -Beamten und Mitgliedern der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft eingeweiht.[92]

Der größte Teil des Jahres 2009 wurde für Reparaturen und Überprüfungen durch den durch den Quench -Vorfall verursachten Schaden sowie zwei weitere Vakuumlecks ausgegeben, die im Juli 2009 identifiziert wurden. Dies führte den Start der Operationen auf November dieses Jahres.[80]

Run 1: Erster Betriebslauf (2009–2013)

Seminar auf der Physik von lhc von John Iliopoulos (2009).[93]

Am 20. November 2009 zirkulierten energiearme Strahlen zum ersten Mal seit dem Vorfall im Tunnel, und kurz danach erreichte der LHC 1,18 TEV pro Strahl, um zum höchsten Partikelbeschleuniger der Welt zu werden, und schlug die TevatronDer frühere Rekord von 0,98 TEV pro Strahl fand acht Jahre lang statt.[94]

In dem frühen Teil des Jahres 2010 wurde der Strahl in Energien und frühen Physikversuche in Richtung 3,5 TEV pro Strahl fortgesetzt und am 30. März 2010 stellte LHC einen neuen Rekord für energiegeladen 7 Tev. Der Versuch war der dritte an diesem Tag, nach zwei erfolglosen Versuchen, bei denen die Protonen vom Kollider "abgeladen" werden mussten, und neue Strahlen mussten injiziert werden.[95] Dies war auch der Beginn des Hauptforschungsprogramms.

Der erste Protonlauf endete am 4. November 2010. Ein Lauf mit Lead -Ionen begann am 8. November 2010 und endete am 6. Dezember 2010.[96] Das Alice -Experiment erlaubt, Materie unter extremen Bedingungen zu untersuchen, ähnlich wie kurz nach dem Urknall.[97]

CERN plante ursprünglich, dass die LHC bis Ende 2012 durchlaufen würde, mit einer kurzen Pause Ende 2011, um eine Erhöhung der Strahlergie von 3,5 auf 4 TEV pro Strahl zu ermöglichen.[5] Ende 2012 sollte der LHC bis 2015 vorübergehend geschlossen werden, um ein Upgrade auf eine geplante Strahlergie von 7 TEV pro Strahl zu ermöglichen.[98] Ende 2012 im Lichte der Entdeckung der Juli 2012 der der Higgs BosonDie Abschaltung wurde einige Wochen nach Anfang 2013 verschoben, um vor dem Herunterfahren zusätzliche Daten zu erhalten.

Long Shutdown 1 (2013–2015)

Ein Abschnitt des LHC

Die LHC wurde am 13. Februar 2013 für sein 2-Jahres-Upgrade Long Shutdown 1 (LS1) geschlossen, das viele Aspekte des LHC berühren sollte: Kollisionen bei 14 TEV, die seine Detektoren und Vorbewerber (das Proton (das Proton) verbessert (das Proton Synchrotron- und Super-Proton-Synchrotron) sowie das Ersetzen seines Lüftungssystems und 100 km (62 mi) von Kabelstörungen durch energiegeladene Kollisionen aus seinem ersten Lauf.[99] Der verbesserte Collider startete im Juni 2014 seinen langen Start- und Testprozess, wobei der Proton-Synchrotron-Booster am 2. Juni 2014, die endgültige Verbindung zwischen Magneten und dem Proton-Synchrotron-Zirkulationspartikel am 18. Juni 2014, und dem ersten Abschnitt des HauptlHC -Supermagnet -System, das einige Tage später eine Betriebstemperatur von 1,9 K (–271,25 ° C) erreicht.[100] Aufgrund des langsamen Fortschritts mit "Ausbildung" Bei den supraleitenden Magneten wurde beschlossen, den zweiten Lauf mit einer niedrigeren Energie von 6,5 TEV pro Strahl zu beginnen, was einem Strom von 11.000 entspricht Ampere. Das erste der Haupt -LHC -Magnete wurde bis zum 9. Dezember 2014 erfolgreich ausgebildet, während das Training der anderen Magnetsektoren im März 2015 abgeschlossen wurde.[101]

Run 2: Zweiter operativer Lauf (2015–2018)

Am 5. April 2015 startete das LHC nach einer zweijährigen Pause neu, in der die elektrischen Anschlüsse zwischen den Biegemagneten verbessert wurden, um den für 7 TEV pro Strahl erforderlichen Strom sicher zu bewältigen (14 TEV).[6][102] Die Biegemagnete waren jedoch nur trainiert bis zu 6,5 TEV pro Strahl (insgesamt 13 TEV), was für 2015 bis 2018 zur Betriebsenergie wurde.[81] Die Energie wurde erstmals am 10. April 2015 erreicht.[103] Die Upgrades gipfelten in kollidierten Protonen zusammen mit einer kombinierten Energie von 13 TEV.[104] Am 3. Juni 2015 lieferte die LHC nach fast zwei Jahren offline Physikdaten.[105] In den folgenden Monaten wurde es für Protonen -Proton -Kollisionen verwendet, während die Maschine im November zu Kollisionen von Lead -Ionen wechselte, und im Dezember begann die übliche Winterstillung.

Im Jahr 2016 konzentrierten sich die Maschinenbetreiber darauf, die Leuchtkraft für Protonen -Proton -Kollisionen zu erhöhen. Der Entwurfswert wurde zum ersten Mal am 29. Juni erreicht,[39] und weitere Verbesserungen erhöhten die Kollisionsrate auf 40% über dem Konstruktionswert.[106] Die Gesamtzahl der Kollisionen im Jahr 2016 überstieg die Zahl von Lauf 1 - bei einer höheren Energie pro Kollision. Auf dem Protonen -Proton -Lauf folgten vier Wochen Protonen -Lead -Kollisionen.[107]

Im Jahr 2017 wurde die Leuchtkraft weiter erhöht und erreichte den doppelten Konstruktionswert. Die Gesamtzahl der Kollisionen war ebenfalls höher als im Jahr 2016.[40]

Der Physiklauf 2018 begann am 17. April und hörte am 3. Dezember auf, darunter vier Wochen leitender Kollisionen.[108]

Long Shutdown 2 (2018–2022)

Long Shutdown 2 (LS2) begann am 10. Dezember 2018. Der LHC- und der gesamte Cern Accelerator -Komplex wurde beibehalten und verbessert. Das Ziel der Upgrades war die Implementierung der Hohe Leuchtkraft großer Hadron -Kollider (HL-LHC) -Projekt, das die Leuchtkraft um den Faktor 10 erhöht. LS2 endete im April 2022. Die lange Abschaltung 3 (LS3) in den 2020er Jahren findet vor dem HL-LHC-Projekt statt.

Lauf 3: dritte operative Runde (2022)

LHC wurde am 22. April 2022 erneut mit einer neuen maximalen Strahlergie von 6,8 TEV in Betrieb genommen, die erstmals am 25. April erreicht wurde.[109][110] Es begann offiziell seine Run 3 Physics -Saison am 5. Juli 2022. [111] Diese Runde wird voraussichtlich bis 2026 fortgesetzt.[112]

Zeitleiste des Betriebs

Datum Vorfall
10. September 2008 Cern erfolgreich die ersten Protonen rund um den gesamten Tunnelkreis stufen.
19. September 2008 Magnetischer Quench trat in etwa 100 Biegen auf Magnete in Sektoren 3 und 4, was einen Verlust von ungefähr 6 Tonnen Flüssigkeit verursacht Helium.
30. September 2008 Zuerst "bescheiden" hohe Energie Kollisionen geplant, aber aufgrund eines Unfalls verschoben.[32]
16. Oktober 2008 CERN veröffentlichte eine vorläufige Analyse des Unfalls.
21. Oktober 2008 Offizielle Einweihung.
5. Dezember 2008 CERN veröffentlichte detaillierte Analyse.
20. November 2009 Zum ersten Mal seit dem Unfall im Tunnel im Tunnel zirkulierten niedrige Energienstrahlen.[60]
23. November 2009 Erste Partikelkollisionen in allen vier Detektoren bei 450 Gev.
30. November 2009 LHC wird zum höchsten Energie-Partikelbeschleuniger der Welt, der 1,18 TEV pro Strahl erzielt und das schlägt TevatronDer frühere Rekord von 0,98 TEV pro Strahl fand acht Jahre lang statt.[113]
15. Dezember 2009 Erste wissenschaftliche Ergebnisse, die 284 Kollisionen in der abdecken Alice Detektor.[114]
30. März 2010 Die beiden Strahlen kollidierten bei 7 TEV (3,5 TEV pro Strahl) im LHC bei 13:06 CEST und markieren den Beginn des LHC -Forschungsprogramms.
8. November 2010 Beginn des ersten Laufs mit Leadionen.
6. Dezember 2010 Ende des Laufs mit Bleiionen. Herunterfahren bis Anfang 2011.
13. März 2011 Beginn des 2011er Laufs mit Protonenstrahlen.[115]
21. April 2011 LHC wird zum weltweit höchsten Hadron-Beschleuniger der Welt, der eine Spitzenleuchtkraft von 4,67 · 10 erreicht32cm–2s–1, schlägt den vorherigen Rekord des Tevatron von 4 · 1032cm–2s–1 für ein Jahr gehalten.[116]
24. Mai 2011 Alice berichtet, dass a Quark -Gluonplasma wurde mit früheren Hauptkollisionen erreicht.[117]
17. Juni 2011 Die High-Luminosity-Experimente Atlas und CMS erreichen 1 FB–1 von gesammelten Daten.[118]
14. Oktober 2011 LHCB erreicht 1 FB–1 von gesammelten Daten.[119]
23. Oktober 2011 Die High-Luminosity-Experimente Atlas und CMS erreichen 5 FB–1 von gesammelten Daten.
November 2011 Zweiter Lauf mit Leadionen.
22. Dezember 2011 Erstes neues zusammengesetzte Partikelentdeckung, das χb (3p) Bottomonium Meson, beobachtet mit Protonen -Proton -Kollisionen im Jahr 2011.[120]
5. April 2012 Erste Kollisionen mit stabilen Strahlen im Jahr 2012 nach der Stillstellung des Winters. Die Energie wird auf 4 TEV pro Strahl erhöht (8 TEV bei Kollisionen).[121]
4. Juli 2012 Erster neuer Elementarpartikelentdeckung, ein neuer Boson, der beobachtet wurde, was mit den Theorien "übereinstimmt" ist Higgs Boson. (Dies wurde nun als Higgs -Boson selbst bestätigt.[122]))
8. November 2012 Erste Beobachtung des sehr seltenen Zerfalls des Bs Meson in zwei Myonen (Bs0 → μ+μ) ein großer Test von Supersymmetrie Theorien,[123] Zeigt Ergebnisse bei 3,5 Sigma an, die dem Standardmodell und nicht vielen seiner supersymmetrischen Varianten entsprechen.
20. Januar 2013 Beginn des ersten Laufprotons mit Bleiionen.
11. Februar 2013 Ende des ersten Laufprotons mit Bleiionen.
14. Februar 2013 Beginn der ersten langen Abschaltung, um den Kollider auf eine höhere Energie und Leuchtkraft vorzubereiten.[124]
Langes Abschalten 1
7. März 2015 Injektionstests für Lauf 2 Protonen in Richtung LHCB & Alice senden
5. April 2015 Beide Strahlen zirkulierten im Kollider.[6] Vier Tage später wurde eine neue Rekordergie von 6,5 TEV pro Proton erreicht.[125]
20. Mai 2015 Protonen kollidierten im LHC bei der rekordverdächtigen Kollisionsenergie von 13 TEV.[104]
3. Juni 2015 Beginnen Sie mit der Bereitstellung der Physikdaten nach fast zwei Jahren offline zur Empfehlung.[105]
4. November 2015 Ende der Protonenkollisionen im Jahr 2015, Beginn der Vorbereitungen für Ionenkollisionen.
November 2015 Ionenkollisionen mit einer rekordverdächtigen Energie von mehr als 1 PEV (1015 ev)[126]
13. Dezember 2015 Ende der Ionenkollisionen im Jahr 2015
23. April 2016 Die Datenversorgung im Jahr 2016 beginnt
29. Juni 2016 Das LHC erreicht eine Leuchtkraft von 1,0 · 1034cm–2s–1, sein Designwert.[39] Weitere Verbesserungen im Laufe des Jahres erhöhten die Leuchtkraft auf 40% über dem Konstruktionswert.[106]
26. Oktober 2016 Ende 2016 Proton -Proton -Kollisionen
10. November 2016 Anfang 2016 Proton -Lead -Kollisionen
3. Dezember 2016 Ende des Jahres 2016 Protonen -Lead -Kollisionen
24. Mai 2017 Beginn 2017 Proton -Proton -Kollisionen. Im Jahr 2017 stieg die Leuchtkraft auf doppelt so hoch wie der Konstruktionswert.[40]
10. November 2017 Ende des regulären Proton -Proton -Kollisionsmodus 2017.[40]
17. April 2018 Beginn 2018 Proton -Proton -Kollisionen.
12. November 2018 Ende des Jahres 2018 Protonenoperationen bei CERN.[127]
3. Dezember 2018 Ende 2018 Lead-Ion-Lauf.[127]
10. Dezember 2018 Ende des Physikbetriebs 2018 und Beginn der Long Shutdown 2.[127]
Langes Abschalten 2
22 Apr 2022 LHC wird wieder betriebsbereit.[109][110]

Ergebnisse und Entdeckungen

Ein anfänglicher Fokus der Forschung war die Untersuchung der möglichen Existenz der Higgs Bosonein wichtiger Teil der Standardmodell der Physik, die durch Theorie vorhergesagt wurde, aber aufgrund ihrer hohen Masse und schwer fassbaren Natur noch nicht beobachtet worden war. CERN -Wissenschaftler schätzten, dass das LHC, wenn das Standardmodell korrekt wäre, jede Minute mehrere Higgs -Bosonen produzieren würde, sodass Physiker die Existenz des Higgs -Boson endgültig bestätigen oder widerlegen können. Außerdem erlaubte die LHC die Suche nach Supersymmetrische Partikel und andere hypothetische Partikel wie möglich unbekannte Physikbereiche.[62] Einige Erweiterungen des Standardmodells prognostizieren zusätzliche Partikel wie das schwere W 'und Z' Gauge Bosonen, die auch als in Reichweite des LHC zu entdecken sind.[128]

Erster Lauf (Daten erobert 2009–2013)

Die erste Physik resultiert aus der LHC, die 284 Kollisionen umfasste, die in der stattgefunden haben Alice Der Detektor wurde am 15. Dezember 2009 gemeldet.[114] Die Ergebnisse der ersten Protonen -Proton -Kollisionen bei Energien, die höher als Fermilabs Tevatron -Proton -Antiproton -Kollisionen von Fermilab CMS Zusammenarbeit Anfang Februar 2010, was zu höheren als als angeklagten angeklagten Gebühren führt-Hadron Produktion.[129]

Nach dem ersten Jahr der Datenerfassung begannen die experimentellen LHC -Kooperationen, ihre vorläufigen Ergebnisse in Bezug auf die Suche nach neuen Physik über das Standardmodell in Protonen -Proton -Kollisionen hinaus zu veröffentlichen.[130][131][132][133] In den Daten von 2010 wurde kein Hinweis auf neue Partikel festgestellt. Infolgedessen wurden die Grenzen auf den zulässigen Parameterraum verschiedener Erweiterungen des Standardmodells festgelegt, wie z. B. Modelle mit große zusätzliche Abmessungen, eingeschränkte Versionen der Minimales supersymmetrisches Standardmodell, und andere.[134][135][136]

Am 24. Mai 2011 wurde berichtet, dass Quark -Gluonplasma (die dichteste Materie, die außerdem existieren soll Schwarze Löcher) war im LHC geschaffen worden.[117]

A Feynman -Diagramm Von einer Art und Weise kann der Higgs -Boson am LHC produziert werden. Hier, zwei Quarks jeder emitt a W oder Z Boson, die kombiniert, um ein neutrales Higgs zu machen.

Zwischen Juli und August 2011 wurden die Ergebnisse der Suche nach dem Higgs -Boson und nach exotischen Partikeln auf der Grundlage der Daten in der ersten Hälfte des Laufs 2011 in Konferenzen in Grenoble präsentiert[137] und Mumbai.[138] In der letzteren Konferenz wurde berichtet, dass Atlas und CMS trotz der Hinweise auf ein HIGGS -Signal in früheren Daten mit 95% Konfidenzniveau ausschließen Cls Methode) Das Vorhandensein eines Higgs -Boson mit den Eigenschaften, die durch das Standardmodell über den größten Teil der Massenregion zwischen 145 und 466 GeV vorhergesagt wurden.[139] Die Suche nach neuen Partikeln lieferte auch keine Signale, sodass der Parameterraum verschiedener Erweiterungen des Standardmodells, einschließlich seiner, weiter eingeschränkt wurde Supersymmetrische Erweiterungen.[140][141]

Am 13. Dezember 2011 berichtete CERN, dass das Standardmodell Higgs Boson, falls vorhanden, am wahrscheinlichsten eine Massenbeschränkung auf den Bereich von 115–130 Gev hat. Sowohl die CMS- als auch die Atlas -Detektoren haben im 124–125 -GeV -Bereich auch Intensitätspeaks gezeigt, was entweder mit dem Hintergrundrauschen oder der Beobachtung des Higgs -Boson übereinstimmt.[142]

Am 22. Dezember 2011 wurde berichtet, dass ein neues Verbundpartikel beobachtet worden war, das χb (3p) Bottomonium Zustand.[120]

Am 4. Juli 2012 kündigten sowohl die CMS- Sigma jeder. Dies entspricht der formalen Ebene, die erforderlich ist, um ein neues Partikel anzukündigen. Die beobachteten Eigenschaften stimmten mit dem Higgs -Boson überein, aber die Wissenschaftler waren vorsichtig, ob es formell als tatsächlich der Higgs -Boson identifiziert wird, bis eine weitere Analyse analysiert wurde.[143] Am 14. März 2013 kündigte CERN die Bestätigung an, dass das beobachtete Teilchen tatsächlich der vorhergesagte Higgs -Boson war.[144]

Am 8. November 2012 berichtete das LHCB -Team über ein Experiment als "goldener" Test von Supersymmetrie Theorien in der Physik,[123] durch Messen des sehr seltenen Zerfalls der Meson in zwei Myonen (). Die Ergebnisse, die den von den nicht-supersymmetrischen vorhergesagten Passen entsprechen Standardmodell Anstelle der Vorhersagen vieler Zweige der Supersymmetrie zeigen die Zerfälle seltener als einige Formen der Supersymmetrie, die vorhersagen könnten, obwohl sie immer noch mit den Vorhersagen anderer Versionen der Supersymmetrie -Theorie übereinstimmen könnten. Die zunächst entworfenen Ergebnisse sind als Beweis, aber bei relativ hoher 3,5 festgestellt Sigma Signifikanzniveau.[145] Das Ergebnis wurde später durch die CMS -Zusammenarbeit bestätigt.[146]

Im August 2013 enthüllte das LHCB -Team eine Anomalie bei der Winkelverteilung von B Meson Abfallprodukte, die vom Standardmodell nicht vorhergesagt werden konnten; Diese Anomalie hatte eine statistische Gewissheit von 4,5 Sigma, kurz vor dem 5 Sigma musste offiziell als Entdeckung anerkannt werden. Es ist nicht bekannt, wie die Ursache dieser Anomalie aussehen würde, obwohl die Z 'Boson wurde als möglicher Kandidat vorgeschlagen.[147]

Am 19. November 2014 kündigte das LHCB -Experiment die Entdeckung von zwei neuen schweren subatomaren Partikeln an.
Ξ '
b
und
Ξ∗ -
b
. Beide sind Baryons, die aus einem Boden, einem Down und einem seltsamen Quark bestehen. Sie sind aufgeregte Zustände des Bodens Xi Baryon.[148][149]

Das LHCB -Zusammenarbeit hat möglicherweise mehrere exotische Hadronen beobachtet, möglicherweise Pentaquarks oder Tetraquarks, im Lauf 1 Daten. Am 4. April 2014 bestätigte die Zusammenarbeit die Existenz des Tetraquark -Kandidaten Z (4430) mit einer Bedeutung von über 13,9 Sigma.[150][151] Am 13. Juli 2015 im Einklang mit den Pentaquark -Staaten im Verfall von Pentaquark -Staaten Bottom Lambda Baryons0
b
) wurden angezeigt.[152][153][154]

Am 28. Juni 2016 kündigte die Zusammenarbeit vier Tetraquark-ähnliche Partikel an, die in ein J/ψ und einen φ Meson verfälschen, von denen nur einer vor (x (4274), X (4500) und X (4700) und X (4274) und X (4700) und) und X (4700) und des X (4140)).[155][156]

Im Dezember 2016 stellte Atlas eine Messung der W Boson -Masse vor und untersuchte die Präzision der am Tevatron durchgeführten Analysen.[157]

Zweiter Lauf (2015–2018)

Bei der Konferenz EPS-Hep 2015 im Juli präsentierten die Zusammenarbeit die ersten Querschnittsmessungen mehrerer Partikel bei der höheren Kollisionsenergie.

Am 15. Dezember 2015 die ATLAS und CMS Experimente berichteten beide über eine Reihe vorläufiger Ergebnisse für die Higgs -Physik, Supersymmetrie (Susy) Durchsuchungen und Exoten Suchvorgänge mit 13 TEV -Proton -Kollisionsdaten. Beide Experimente sahen im Zwei-Photon einen mäßigen Überschuss um 750 Gev invariante Messe Spektrum,[158][159][160] Die Experimente bestätigten jedoch nicht die Existenz von das hypothetische Teilchen In einem Bericht im August 2016.[161][162][163]

Im Juli 2017 wurden viele Analysen auf der Grundlage des im Jahr 2016 gesammelten großen Datensatzes gezeigt. Die Eigenschaften des Higgs -Boson wurden ausführlicher untersucht und die Präzision vieler anderer Ergebnisse wurde verbessert.[164]

Bis März 2021 haben die LHC -Experimente 59 neue Hadronen in den in den ersten beiden Läufen gesammelten Daten entdeckt.[165]

Geplanter "High-Luminosity" -Erstufe

Nach einigen Jahren des Laufens alle Teilchenphysik Experiment beginnt normalerweise unter Rückgänge abnehmen: Wenn die vom Gerät erreichbaren wichtigsten Ergebnisse abgeschlossen werden, entdecken spätere Betriebsjahre proportional weniger als in früheren Jahren. Eine häufige Reaktion besteht darin, die beteiligten Geräte zu verbessern, typischerweise in Kollisionsenergie. Helligkeit, oder verbesserte Detektoren. Zusätzlich zu einem möglichen Anstieg auf 14 TEV -Kollisionsenergie begann eine Leuchtkraft -Upgrade des LHC, die als High Luminosity Large Hadron Collider bezeichnet wird und das im Juni 2018 das Potenzial des Gaspedos für neue Entdeckungen in der Physik im Jahr 2027 erhöhen wird.[166] Das Upgrade zielt darauf ab, die Leuchtkraft der Maschine um den Faktor 10 bis zu 10 zu erhöhen35cm–2s–1, bieten eine bessere Chance, seltene Prozesse zu sehen und statistisch marginale Messungen zu verbessern.

Sicherheit von Partikelkollisionen

Die Experimente am großen Hadron -Kollider lösten Befürchtungen aus Mikroskopische schwarze Löcher oder die Schaffung hypothetischer Partikel genannt SPRINGETE.[167] Zwei Cern-Commommissioned Safety Reviews untersuchten diese Bedenken und kamen zu dem Schluss, dass die Experimente am LHC keine Gefahr darstellen und dass es keinen Grund zur Besorgnis gibt.[168][169][170] eine Schlussfolgerung, die von der gebilligt wird Amerikanische physische Gesellschaft.[171]

In den Berichten wurde auch festgestellt Universum ohne gefährliche Konsequenzen,[169] einschließlich Ultrahoch-Energie kosmische Strahlen beobachtet, um die Erde mit Energien zu beeinflussen, die weit höher sind als bei jedem von Menschen hergestellten Kollider.

Popkultur

Der große Hadron -Collider hat von außerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft erheblich beachtet und auf seinen Fortschritten die beliebtesten Wissenschaftsmedien gefolgt. Das LHC hat auch Fiktionswerke inspiriert, darunter Romane, TV -Serien, Videospiele und Filme.

CERN -Mitarbeiter Katherine McAlpine'S "großer Hadron Rap"[172] übertrafen 7 Millionen Youtube Ansichten.[173][174] Die Band Les horriribles cernetten wurde von Frauen aus Cern gegründet. Der Name wurde so ausgewählt, um die gleichen Initialen wie die LHC zu haben.[175][176]

National Geographic Channel's Die härtesten Korrekturen der Welt, Staffel 2 (2010), Episode 6 "Atom Smasher" enthält den Ersatz des letzten supraleitenden Magnetenabschnitts in der Reparatur des Colliders nach dem Quench -Vorfall von 2008. Die Episode enthält tatsächliche Filmmaterial von der Reparaturanlage bis zur Innenseite des Kolliders und Erklärungen der Funktion, des Ingenieurwesens und des Zwecks des LHC.[177]

Das Lied "München" aus dem Studioalbum 2012 Narben & Geschichten durch Der Kampf ist vom LHC inspiriert. Leadsänger Isaac Slade sagte in einem Interview mit Die Huffington PostIn der Schweiz gibt es diesen großen Partikelkollider, der Wissenschaftlern hilft, den Vorhang zurückzuziehen, was Schwerkraft und Masse erzeugt. Einige sehr große Fragen werden aufgeworfen, sogar einige Dinge, die Einstein vorgeschlagen hat, die gerade seit Jahrzehnten akzeptiert werden Beginnen Sie herausgefordert zu werden. Sie suchen nach dem Gottteilchen, im Grunde genommen das Partikel, das alles zusammenhält. Dieses Lied ist wirklich nur das Geheimnis, warum wir alle hier sind und was alles zusammenhält, weißt du? " [178]

Der große Hadron -Collider stand im Mittelpunkt des Studentenfilms 2012 Verfall, wobei der Film vor Ort in Cerns Wartungstunneln gedreht wird.[179]

Der Funktionsdokumentarfilm Partikelfieber Folgt den experimentellen Physikern von CERN, die die Experimente durchführen, sowie die theoretischen Physiker, die versuchen, einen konzeptionellen Rahmen für die Ergebnisse des LHC zu bieten. Es gewann das Sheffield International Doc/Fest im Jahr 2013.

Fiktion

Der Roman Engel und Dämonen, durch Dan Brown, beinhaltet Antimaterie im LHC erstellt, um in a verwendet zu werden Waffe gegen den Vatikan. Als Antwort veröffentlichte CERN eine "Tatsache oder Fiktion"? Seite über die Genauigkeit der Darstellung des Buches der LHC-, CERN- und Partikelphysik im Allgemeinen.[180] Das Filmversion des Buches hat bei einem der Experimente am LHC Filmmaterial vor Ort gedreht; der Direktor, Ron Howard, traf sich mit CERN -Experten, um die Wissenschaft in der Geschichte genauer zu gestalten.[181]

Im visuellen Roman/Manga/Anime-Serie Steins Tor, Sern (eine absichtliche Fehlschreibung von CERN) ist eine Organisation, die die Miniaturschwarzenlöcher verwendet, die aus Experimenten in der LHC geschaffen wurden, um Zeitreisen zu meistern und die Welt zu übernehmen. Es ist auch an der Massenwachung durch die "beteiligt"ECHELON"Projekt und hat eine Verbindung zu vielen Söldnergruppen weltweit, um die Schaffung anderer Zeitmaschinen zu vermeiden.

Der Roman Flashforward, durch Robert J. Sawyer, beinhaltet die Suche nach dem Higgs Boson am LHC. CERN veröffentlichte eine "Science and Fiction" -Seite, die Sawyer und Physiker über das Buch und das Buch interviewte TV-Serie basierend darauf.[182]

In dem amerikanischer Vater Folge Die 200Roger fällt versehentlich in den großen Hadron -Kollider, was zu einer riesigen Explosion führt, die zweihundert Klone seiner mehrfachen Personas entsteht.

In der amerikanischen Sitcom Die Urknalltheorie Episode "The Large Hadron Collision" (Staffel 3, Episode 15), Leonard bietet die Chance, den großen Hadron -Collider zu besuchen.[183]

Siehe auch

Verweise

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