Im LHC kollidieren jetzt Ionen von Blei (ein explosives Zwischenspiel bis zur Winterpause)

Einen Monat lang, vom 7. November bis 6. Dezember, werden im Large Hadron Collider nicht mehr Protonen sondern Ionen von Blei zur Kollision gebracht: ein Zusatzprogramm unabhängig von der großen Suche nach ’neuer Physik‘ mit Protonenstrahlen, die dieses Jahr gute Forschritte gemacht hat. Mit den Ionen-Kollisionen macht der LHC dem amerikanischen RHIC (siehe Artikel 53) Konkurrenz bei der Erzeugung von Quark-Gluon-Plasma – sozusagen Zuständen wie kurz nach dem Urknall. In den Mini-Explosionen ist es dichter und heißer (1 Mio. mal so heiß wie im Kern der Sonne) als je bei einem Experiment: Ziel ist dabei ein besseres Verständnis der Starken Kernkraft. Die Teilchenschauer nach Ionen-Kollisionen sind viel komplexer als bei den Protonen, aber die drei Detektoren, die jetzt mssen (neben ATLAS und CMS speziell auch die für entwickelte ALICE) und Datentechnik des CERN kommen damit klar: Letztere müsste nach Tests mit der doppelten Datenrate der Ionenkollisionen (und der dreifachen der Protonenkollisionen) umgehen können.

Zuvor waren am 4. November die Protonenkollisionen zum Ende gekommen – und allein im letzten Monat wurden dank der stetig steigenden „Leuchtkraft“ des Beschleunigers mehr Daten gewonnen als in der ganzen Zeit seit März. Die Schlüsselmarke von 10^32 Kollisionen pro Quadratzentimeter und Sekunde war am 13. Oktober sogar zwei Wochen vor dem Zeitplan erreicht worden, und am Ende war der LHC sogar zweimal besser. Das Hauptziel für 2011 ist – nach Wiederaufnahme des Betriebs im Februar – das Erreichen so vieler Protonenkollisionen, dass mit einiger Wahrscheinlichkeit ’neue Physik‘, welcher Art auch immer, in den angesammelten Daten gefunden werden kann. Dann folgen größere Nachbesserungen, und ab 2013 wird mit 6.5 (statt bisher 3.5) und später vielleicht 7 TeV pro Proton kollidiert. Große Visionen gehen von einem Komplettaustausch der LHC-Magnete um 2030 und Erhöhung der Protonenenergie auf 33 TeV aus.

CERN Releases 8., 4., STFC Release 7., LBL Release 4.11.2010; Physics World, BBC, New Scientist Blog, Welt der Physik 8., Physics World, Nature Blog 4., New York Times 1.11.2010. Auch ein detaillierter Vortrag von John Ellis zu den Perspektiven der Suche nach Dunkler Materie mit dem LHC – ziemlich starker Tobak. Und das Guardian-Blog zur, äh, theologischen Bedeutung der aktuellen LHC-Experimente … NACHTRAG: Bei den Proton-Proton-Kollisionen registrierte das CMS im September das erste „ZZ event“, wichtig für spätere Higgsologie.

Vage Hinweise auf ein viertes – steriles – Neutrino

hat das Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) am Fermilab gefunden: Dort sieht man mehr Neutrinooszillationen als bei den drei bekannten Neutrino-Flavors zu erwarten wären. Das könnte eine Bestätigung entsprechender Beobachtungen beim LNSD-Experiment vor Jahren sein, die MiniBooNE zunächst widerlegt zu haben schien. Nun ist die Verwirrung groß: Die positiven LNSD- und MiniBooNE-Beobachtungen erfolgten an Antineutrinos, die negativen MiniBooNEs hingegen an Neutrinos. Dass sich Neutrinos und ihre Antiteilchen unterschiedlich verhalten, hatten wiederum andere Daten MiniBooNEs („Gibt es Unterschiede …?“) wie auch des MINOS-Experiments angedeutet.

Die neuen MiniBooNE-Daten sind allerdings wieder nur ein „Drei-Sigma-Effekt“ und damit bei weitem noch keine wirklich überzeugende Entdeckung und bestätigen auch nicht exakt die LSND-Ergebnisse – ein schlüssiges Gesamtbild ergibt sich damit noch lange nicht, und es kann sich auch alles noch in Luft auflösen. „Sterile Neutrinos“ wären direkt noch schwerer nachzuweisen als die drei bekannten Typen, da sie nicht mal auf die schwache Kernkraft sondern nur auf die Schwerkraft reagieren: Das macht sie immerhin, da sie auch schwerer als die anderen Neutrinos wären, zu potenziellen Kandidaten für die Dunkle Materie des Kosmos. (Ars Technica, PhysOrg 2., New Scientist 3., Discovery 4.11.2010)

Ein weiterer Schritt zur Großen Vereinheitlichung aller vier Naturkräfte könnten neue Berechnungen zum Verhalten der Kopplungskonstanten der Gravitation bei extrem kleinen Distanzen (10^-32 bis 10^-35 m) sein: Sie deuten an, dass sich die sonst viel geringere Stärke der Schwerkraft am kleinen Ende mit der der anderen drei Kräfte annähert. Ausprobieren lässt sich das leider bis auf Weiteres nicht: Man bräuchte Energien, die 10^13-mal größer sind als was der LHC schafft. (Toms, Nature 468 [4.11.2010] 56-9, auch Amelino-Camelia, ibid. 40-1. Die Stärke der Schwerkraft – G – ist übrigens gar nicht so leicht zu messen: Parks & Faller, Preprint; Nature News, Science Blogs. Von Gravitationswellen ganz zu schweigen)

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3 Antworten to “Im LHC kollidieren jetzt Ionen von Blei (ein explosives Zwischenspiel bis zur Winterpause)”

  1. Und wo steckt sie nun, die Dunkle Materie …? « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] weit sind wir aber noch lange nicht: Der LHC läuft gut, und die Untergrund-Experimente werden ständig empfindlicher. (Zwar haben zwei schon vermeintliche […]

  2. Fundamental-physikalische Nachrichten kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] Blei-Ionen kollidierten im LHC erst ein paar Tage, da waren schon die ersten Papers mit Analysen eingereicht: Im Prinzip werden […]

  3. Nachrichten aus der extremen Physik kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] wiederum sieht keine Hinweise auf sterile Neutrinos, wie sie die Daten von LSND und MiniBooNE („Vage Hinweise …“) erklären könnten: Die würden den Fluss atmosphärischer […]

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