Thema: Teilchenbeschleuniger LHC & RHIC & Tevatron

[SiLæncer]

Am LHC-Experiment beim CERN in Genf soll das legendäre Higgs-Teilchen auch "hörbar" gemacht werden

Nach dem am 20. Februar erfolgten Restart des Large Hadron Collider (LHC) beim CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) werden in dem 27 Kilometer langen Tunnelring alsbald Protonen auf 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und miteinander kollidieren. Dann dringen die CERN-Forscher in physikalische Bereiche vor, die noch nie zuvor ein Mensch beobachtet hat. Beobachten ist eine Sache – hinhören aber eine andere. Genau dies hat sich auch eine Gruppe von Teilchenphysikern, Musikern und Künstlern mit Blick auf die LHC-Experimente gedacht. Sie haben mithilfe einer speziellen Software ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die gesammelten Daten nicht nur zu visualisieren, sondern auch in Töne, sprich in Musik umwandeln lassen. Bislang haben sie nur mit simulierten Daten "komponiert." Die von ihnen angewandte Sonifikation ("Verklanglichung") hat zwar auf einigen anderen technisch-wissenschaftlichen Gebieten längst Anwendung gefunden, könnte sich aber tatsächlich als gute Ergänzung bei der Auswertung des LHC-Datenbergs erweisen.

Was soll man von dem wirren Treiben im Teilchenzoo halten, der sich uns als unübersichtliches und artenreiches Etwas begegnet, bei dem selbst der erfahrenste Teilchenphysiker schon einmal den Überblick verlieren kann? Wie kann man Ordnung und Übersicht in die Vielfalt der kleinsten Bausteine der baryonischen Materie bringen, der gewöhnlichen, leuchtenden Materie des Universums, aus denen alle chemischen Elemente aufgebaut sind? Gelingt es den Teilchenforschern jemals, alle Partikel mittels einer Theorie unter einen Hut zu bringen und einheitlich zu beschreiben?

Bausteine der Materie. Bild: DESY

Leicht ist ein derartiges Unterfangen nicht. Schließlich geben im Konzert der eigenwilligen Partikel mehrheitlich Solisten den Ton an. Tummeln sich auf der atomaren Ebene nur drei Repräsentanten der baryonischen Materie (Elektronen, Protonen und Neutronen), so buhlen im subatomaren Kosmos derzeit zwölf bekannte verschiedene Sub-Elementarteilchen, sechs Quarks und sechs Leptonen (die sich in je drei "Familien" oder auch "Generationen" aufteilen) um Aufmerksamkeit. Auf den ersten Blick sieht es danach aus, als fristeten in jeder Familie zwei Quarks und zwei Leptonen ein subatomares Dasein. In Wahrheit jedoch gestalten sich die familiären Verhältnisse etwas komplizierter, beschreibt doch das Standardmodell der Elementarteilchenphysik die Materie im Kosmos durch acht fundamentale Objekte, die Mitglieder der ersten von drei Quark-Lepton-Familien sind. Dazu gehören die "Up- und down-Quarks", die Konstituenten der Protonen und Neutronen und natürlich das auf atomarer Ebene angesiedelte Elektron.

Die Exotischen

Im materiereichen Universum der Quanten sind aber auch die exotischen, nahezu masselosen und elektrisch neutralen Neutrinos zuhause, die wie die Elektronen zur Familie der Leptonen gehören. Von den Feldquanten der die Wechselwirkung vermittelnden Kraftfelder sind nur das Photon und das hypothetische Graviton masselos, entsprechend der unendlichen Reichweite des Gravitationsfeldes und des elektromagnetischen Feldes.

Computersimulation des Zerfalls eines Higgs-Teilchens im Detektor des International Linear Collider ILC. Bild: DESY

Vielleicht erstreckt sich eine oder mehrere Ebenen unter dem Quarks-Kosmos noch das Universum der Strings, die laut Theorie nicht punktförmig sind, so wie wir uns Quarks und Leptonen vorstellen, sondern eine Ausdehnung in einer fadenförmigen Schlaufe (String) oder in zwei Dimensionen (Membran) besitzen.

Und womöglich gibt es da noch ein unbekanntes Teilchen, das erklären könnte, woher alle die bislang detektierten Partikel ihre Masse beziehen. Kernphysiker haben dieses hypothetische Teilchen nach seinem "Entdecker", dem britischen Physiker Peter Higgs (geb. 1929), benannt. Die Frage, ob das Higgs-Teichen, das weder einen Spin noch eine Ladung hat und mit den Energiepaketen (Austauschteilchen) des Higgs-Feldes verknüpft ist, der Schlüssel zur quantenmechanischen Weisheit ist, könnten im Verlaufe der nächsten Monate und Jahre die Experimente am LHC beantworten.

Higgs als Tonträger

Da das Higgs-Boson bis heute noch nicht nachgewiesen werden konnte, richten sich die Hoffnungen der Teilchenphysiker seit geraumer Zeit auf die LHC-Experimente am CERN in Genf. Ließen sich während der Suchläufe Higgs-Teilchen nachweisen, bekämen vor allem die Astrophysiker wertvolle Informationen über die Urphase des Kosmos.

Wer jedoch mithilfe der Beschleunigeranlage in Genf ein Higgs-Partikel dingfest machen will, braucht Geduld und Zuversicht. Denn obwohl jede Sekunde 600 Millionen Mal Protonen mit anderen Partikeln aufeinanderprallen, erwarten die Physiker nur einmal pro Minute ein Higgs-Teilchen. "Eine Nadel im Heuhaufen ist dagegen leichter zu finden", konstatiert Joachim Mnich vom Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) nüchtern.

Werbebanner LHCsound. Bild: Toya Walker

Gäbe sich als Folge eines Crashs ein Higgs-Teilchen tatsächlich zu erkennen, klänge dies nicht nur wie Musik in den Ohren der CERN-Physiker. Vielmehr könnte in diesem Fall das Higgs-Teilchen selbst zu einer Art "Tonträger" avancieren.

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Quelle : http://www.heise.de/tp/

[SiLæncer]

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung muss sich nicht für eine Begrenzung der Versuche am Cern einsetzen. Eine nochmalige Abwägung der Risiken könnte indes nicht schaden, meinen die Richter

Gerichte urteilen und empfehlen nicht. Insofern ist es ungewöhnlich, wenn ein Gericht eine Empfehlung zu Protokoll gibt. Das hat das Verwaltungsgericht Köln in einem Prozess getan, in dem es um die Experimente im Teilchenbeschleuniger LHC am Cern ging:

Das Gericht gibt seiner Meinung Ausdruck, dass es möglich sein sollte, die unterschiedlichen Sicherheitsaspekte (…) im Rahmen einer "Sicherheitskonferenz" diskutieren zu lassen.
Das Protokoll ist nicht öffentlich; das Gericht hat gegenüber Telepolis die Korrektheit der zitierten Passage bestätigt

Die Klägerin, eine deutsche Staatsbürgerin, wollte das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) darauf verpflichten, sich beim Cern dafür einzusetzen, die Experimente im LHC auf eine Energie von 2 Teraelektronenvolt (TeV), "hilfsweise" auf 3,5 TeV zu beschränken, bis ein "unabhängiges, nicht durch Cern angehörende oder durch Cern vorbefasste Wissenschaftler erstelltes Sachverständigengutachten" die Unbedenklichkeit der Experimente bestätigt habe. Als Gutachter der Anklage trat der Tübinger Chaosforscher Otto Rössler auf, der auf Telepolis dargelegt hat, weshalb er befürchtet, die Experimente am Cern könnten die Vernichtung der Erde zur Folge haben. Rössler fordert seit 2008 die Einberufung einer Sicherheitskonferenz.

Keine letzte Gewissheit

Das Verwaltungsgericht Köln hat die Klage am 27. Januar vollumfänglich abgewiesen (Pressemiteilung; die Urteilsbegründung soll in den nächsten Tagen auf der Website Nordrhein-Westfalens aufgeschaltet werden und kann dann unter Aktenzeichen 13 K 5693/08 eingesehen werden). Zwar müsse ein "Schadensereignis apokalyptischen Ausmaßes, wie von der Klägerin befürchtet (…) nach dem Stand von Wissenschaft und Technik praktisch ausgeschlossen sein", damit ein wissenschaftliches Experiment nicht gegen das Grundgesetz verstoße. Dennoch seien "letzte Ungewissheiten jenseits der gegenwärtigen Erkenntnisfähigkeit in einer wissenschaftlich-technisch orientierten Gesellschaft grundsätzlich unentrinnbar und insofern als sozialadäquate Lasten von allen Bürgern zu tragen". Andernfalls "wäre großexperimentelle Grundlagenforschung kaum möglich".

Die Begründung bringt damit ein Dilemma zum Ausdruck, das der US-amerikanische Rechtswissenschaftler Eric Johnson vor gut einem Jahr in einem Fachpaper diskutiert hat: Absolute Sicherheit kann es nie geben. Ein Restrisiko bleibt immer bestehen – aber wenn das Restrisiko die Vernichtung der Welt bedeutet, lässt sich in den üblichen Kategorien nicht adäquat damit umgehen.

Die Klage richtete sich nicht direkt gegen das Cern, weil dieses als internationale Organisation Immunität genießt. Das BMBF aber sei, urteilt das Verwaltungsgericht, seiner Sorgfaltspflicht nachgekommen, denn die Exekutive dürfe sich "auf das jeweils als wissenschaftlich bewährt geltende Wissen verlassen".

Telepolis im Zeugenstand

Zu Ungunsten der Klägerin wertete das Gericht einen Telepolis-Beitrag des Journalisten Harald Zaun, der zwar die Forderung nach einer Sicherheitskonferenz unterstützte, sich aber gleichzeitig von Rösslers Thesen distanzierte.

Ebenfalls gegen die Klägerin verwendete das Gericht die Position des prominentesten Physikers, der sich – in seinem Buch "Our Final Hour" (2003) – kritisch mit den Experimenten am Cern befasst hat: des englischen Hofastronomen und Präsidenten der Royal Society Martin Rees. Rees hat sich, wie das Gericht betont, mittlerweile von den Cern-Kritikern distanziert (und reagiert, wie der Autor dieser Zeilen erfahren hat, auf entsprechende Anfragen sehr übelgelaunt). Er sei falsch zitiert worden.

Doch: Die Passagen aus Rees' Buch sind nicht missverständlich. Rees bezeichnete Thesen, wonach eine Gefahr drohe, zwar als "unplausibel" und "unwahrscheinlich", doch "wie oft auch das Wort 'unwahrscheinlich' wiederholt werden mag, können unsere Befürchtungen einer totalen Katastrophe doch nicht ganz besänftigt werden". Rees fährt fort:

Selbst wenn man die Argumente der Sicherheitsberichte komplett akzeptierte, scheint das Maß der Sicherheit, das sie bieten, doch kaum ausreichend.
Martin Rees

Man könnte Rees' Positionswechsel auch als eine Bestätigung für etwas nehmen, das ein anderer prominenter Physiker, Francesco Calogero, vor einigen Jahren geschrieben und Rees zustimmend zitiert hat:

Viele, ja tatsächlich die meisten [Physiker, mit denen ich mich privat über die Sicherheitsaspekte der Experimente unterhalten habe] scheinen sich mehr um die öffentliche Wirkung dessen zu sorgen, was sie sagen oder schreiben, als darum, dass die Fakten mit vollständiger wissenschaftlicher Objektivität präsentiert werden.
Francesco Calogero

Das Cern schreibt in einer knappen Stellungnahme, es stimme nicht, dass das Gericht zur Abhaltung einer Sicherheitskonferenz aufgerufen habe, und beruft sich auf die Urteilsbegründung. Eine Sicherheitsgruppe des Cernhabe die Ungefährlichkeit der Experimente bestätigt; die Sicherheitsanalyse sei einer Peer Review unterworfen gewesen.

Dass die Mitglieder dieser LSAG nicht unabhängig sind, wertete das Gericht nicht als Befangenheit: Es liege "in der Natur von Vorhaben der Grundlagenforschung gerade auch zu Grenzbereichen menschlichen Wissens (…), dass auch das unter Risikoaspekten benötigte fachliche Wissen gerade bei denjenigen vorhanden ist, die in einer gewissen Nähe zu dem Vorhaben stehen". "Anlass, an der Objektivität der Mitglieder der LSAG zu zweifeln", bestehe nicht.

Abgeblockte Debatte

Die eingangs zitierte Passage aus dem unveröffentlichten Verhandlungsprotokoll lässt daran zweifeln, ob das Gericht der Objektivität der LSAG traut. Tatsächlich lässt sich in der Causa ein Abblocken von Argumenten mindestens ebenso sehr beobachten wie eine offene Diskussion aller Positionen – und zwar auf der Ebene der Medien, der Politik und der Wissenschaft.

*    In den Medien: Der Autor dieser Zeilen hat mehrfach erlebt, wie Wissenschaftsredakteure renommierter Zeitungen auf die Kontroverse gar nicht erst eingehen wollten, und Journalisten, die über die Kritik berichteten, taten dies, ohne mit Kritikern gesprochen zu haben.

*    In der Politik: Der seinerzeitige Bundespräsident der Schweiz, Pascal Couchepin, lud Otto Rössler 2008 zu einem Gespräch ein – und wieder aus. Wie er dem Parlamentarier Daniel Vischer sagte, habe er die Gesprächszusage auf Druck aus Wissenschaftskreisen zurückgezogen.

*    In der Wissenschaft: Michelangelo Mangano und Steve Giddings, die Autoren der dem Sicherheitsbericht der LSAG zugrunde liegenden Studie, haben eines von zwei Argumenten ihres Kritikers Rainer Plaga diskutiert und verworfen, ein zweites hingegen nicht. Auf Anfrage der Schweizer Wochenzeitung sagte Mangano, die Prüfung des ersten Arguments habe ergeben, dass Plaga das "Verständnis für die zugrunde liegenden Sachverhalte" fehle, womit sich eine Prüfung des (vom ersten unabhängigen) zweiten erübrige. Das ist nicht wissenschaftlich, sondern arrogant.

Der Anwalt der Klägerin hat Bundesministerin Annette Schavan in einem offenen Brief aufgefordert, der Empfehlung des Gerichts nachzukommen und eine Sicherheitskonferenz einzuberufen. Eine Antwort steht noch aus. Gegenüber Telepolis wollte das BMBF nicht Stellung nehmen, solange die Rekursfrist läuft.

Quelle : http://www.heise.de/tp/

[SiLæncer]

Zwei theoretische Physiker haben eine Theorie aufgestellt, nach der Zeitreisen möglich sind. Allerdings werden nicht Menschen in die Vergangenheit und in die Zukunft reisen, sondern Elementarteilchen.

Der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) könnte die erste Zeitmaschine der Welt werden. Die Auffassung vertreten Thomas Weiler und Chui Man Ho in einem Aufsatz, der als Preprint auf dem Dokumentenserver Arxiv veröffentlicht wurde. Weiler und Ho sind theoretische Physiker an der Vanderbilt-Universität in Nashville im US-Bundesstaat Tennessee.

Higgs-Boson

Eines der wichtigsten Ziele des LHC ist der Nachweis des Higgs-Teilchens, auch Higgs-Boson genannt. Mit Hilfe dieses Teilchens wollen die Physiker erklären, woher Elementarteilchen ihre Masse bekommen. Bislang wurde das Higgs-Boson theoretisch beschrieben, konnte aber experimentell noch nicht nachgewiesen werden.

Einige Physiker nehmen an, dass im LHC, sollte dort ein Higgs-Boson produziert werden, ein zweites Teilchen entsteht, das sogenannte Higgs-Singlet. Dieses könne, so die Theorie von Weiler und Ho, in eine fünfte Dimension springen, in der es vorwärts oder rückwärts durch die Zeit reisen könne. Wenn die Wissenschaftler gezielt Higgs-Singlets herstellen könnten, wäre es ihnen möglich, Botschaften in die Vergangenheit oder die Zukunft zu schicken.

Elf Dimensionen

Die Theorie über die Zeitreise beruht auf der sogenannten M-Theorie, die die verschiedenen Superstringtheorien und die elfdimensionale Supergravitation zusammenfasst.

Die Theorie sei reine Spekulation, gibt Weiler zu. Sie stehe aber nicht im Widerspruch zu den Gesetzen der Physik. Es darf sich aber niemand die Hoffnung machen, alte Zivilisationen oder künftige Epochen besuchen zu können, sagt Weiler: Die Zeitreisen seien allein den Higgs-Singlets vorbehalten.

Quelle : www.golem.de

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US-Wissenschaftler haben in den Kollisionsdaten des Teilchenbeschleunigers LHC Hinweise auf sehr seltene Teilchen gefunden. Von diesen sogenannten B-Mesonen erhoffen sie sich Aufschluss über das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie.

Wissenschaftler der Universität in Syracuse im US-Bundesstaat New York haben in den Daten der Teilchenkollisionen des Large Hadron Collider (LHC) Hinweise auf den Zerfall von sogenannten B-Mesonen gefunden. Das sind sehr seltene Partikel, die kurz nach dem Urknall auftraten. Das Besondere an Mesonen ist, dass sie aus einem Teilchen und einem Antimaterieteilchen bestehen.

Materie statt Antimaterie

Die Forscher um den Physiker Sheldon Stone fanden Hinweise auf einen ganz bestimmten Typus von B-Mesonen, der dann entsteht, wenn Protonen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit kollidieren. Die Daten wurden von dem Experiment LHCb gesammelt. Anhand der beim Experiment gesammelten Daten wollen Wissenschaftler herausfinden, warum die Natur Materie der Antimaterie vorzieht.

Die Wissenschaftler sind an diesem speziellen B-Meson äußerst interessiert, da sie sich Aufschluss über das Verhältnis von Materie und Antimaterie unmittelbar nach dem Urknall erhoffen, sowie über noch zu beschreibende Kräfte, die dafür sorgten, dass die Materie Überhand über die Antimaterie gewann.

Unterschiede im Zerfall

"Wir wissen, dass das Universum nach seiner Entstehung aus dem Urknall genauso viel Materie enthielt wie Antimaterie", sagte Stone. "Wir leben aber in einer Welt, die überwiegend aus Materie besteht. Deshalb muss es Unterschiede im Zerfall von Materie und Antimaterie gegeben haben, damit ein Überfluss an Materie entsteht."

B-Mesonen sind eine seltene Untergruppe der Mesonen. Nach dem Urknall gab es viele dieser Teilchen. Wissenschaftler glauben jedoch nicht, dass sie heute in der Natur noch vorkommen. Sie entstehen in Teilchenbeschleunigern wie dem LHC. Die B-Mesonen gehorchen anderen physikalischen Regeln als die meiste andere Materie. Deshalb glauben die Wissenschaftler, dass sie eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Ungleichgewichts zwischen Materie und Antimaterie gespielt haben könnten.

Quelle : www.golem.de

[SiLæncer]

In der Physik bahnt sich eine Sensation an: Forscher haben möglicherweise eine bisher unbekannte Grundkraft der Natur entdeckt. Sollten sich die Daten aus einem US-Teilchenbeschleuniger bestätigen, wäre es wohl die wichtigste physikalische Entdeckung der vergangenen Jahrzehnte.

Als die Forscher die Daten sahen, glaubten sie zunächst an einen Fehler. Wieder und wieder rechneten sie nach, doch das merkwürdige Signal aus dem "Tevatron"- Teilchenbeschleuniger am berühmten Fermilab bei Chicago wollte nicht verschwinden. "Das ist so neu, so erstaunlich, dass wir es selbst kaum glauben können", sagte Giovanni Punzi, Sprecher des internationalen Teams, das den Effekt entdeckt hat.

Die Messergebnisse könnten die wichtigste Entdeckung der Physik seit Jahrzehnten begründen. Seit Monaten rätseln Wissenschaftler weltweit, was sie da vor sich haben. Es könnte ein neues Elementarteilchen sein - oder sogar eine fünfte Grundkraft der Natur.

Vier Grundkräfte sind bisher bekannt:

    die starke Kernkraft, die für den Zusammenhalt der Atome sorgt,
    die schwache Kernkraft (sie ist wichtig für radioaktive Zerfallsprozesse und die Kernfusion),
    die Gravitation
    und die elektromagnetische Wechselwirkung.

Die neu entdeckte Kraft würde - falls sie denn wirklich existiert und es sich nicht um einen Rechenfehler handelt - zwar nur auf extrem kurze Distanzen wirken. Doch ihre Bestätigung würde die Physik erschüttern. "Das wäre so bedeutend, dass es uns beinahe ängstigt. Deshalb suchen wir nach alternativen Erklärungen", sagte Punzi der "New York Times".

"Völlig unerwarteter Effekt"

Andere Forscher stimmen zu, dass die Entdeckung enorm wichtig wäre. "Niemand weiß, was es ist", sagte Fermilab-Forscher Christopher Hill, der nicht Mitglied des Teams war. "Aber falls es echt ist, wäre es die bedeutendste physikalische Entdeckung der vergangenen 50 Jahre." Ähnlich äußerte sich Klaus Mönig, Leiter einer Arbeitsgruppe des "Atlas"-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) in Genf, dem weltgrößten Teilchenbeschleuniger. Sollten sich die Daten aus dem Fermilab bestätigen, wäre das "ungeheuer bedeutend", weil man es hier mit einem "völlig unerwarteten Effekt" zu tun habe.

Das mysteriöse Signal tauchte bei der Analyse einiger zehntausend Kollisionen zwischen Protonen und Antiprotonen auf, die im Tevatron nahezu lichtschnell aufeinander abgeschossen werden. Bei den Crashs entstehen teils exotische Partikel. Physiker wollen so den grundlegenden Geheimnissen der Natur auf die Spur kommen - bis hin zur Frage, was beim Urknall geschah.

Bei einigen der Kollisionen im Tevatron bemerkten die Forscher Merkwürdiges: Es entstanden zwei Strahlen leichter Partikel und ein schwergewichtiges Teilchen namens W-Boson. Die Gesamtenergie lag jeweils bei 144 Milliarden Elektronenvolt. Das geschah rund 250-mal öfter, als es die Physiker erwartet hatten - fast so, als sei es das Ergebnis des Zerfalls eines bisher unbekannten Elementarteilchens.

Dieses merkwürdige Teilchen würde etwa 160-mal so viel wiegen wie ein Proton. Damit kann es sich eigentlich nicht um das langgesuchte Higgs-Boson handeln - zumindest nicht um das, welches vom Standardmodell der Elementarteilchenphysik vorhergesagt wird. Das auch als "Gottesteilchen" bekannte Partikel verleiht der Theorie zufolge allen anderen Elementarteilchen ihre Masse.

Was das Higgs-Boson mit einem Party-Gerücht gemeinsam hat

Wie das funktioniert, hat der englische Physiker David Miller in einem Cocktailparty-Gleichnis veranschaulicht: Die Teilnehmer einer politischen Feier sind gleichmäßig im Raum verteilt. Plötzlich kommt Margaret Thatcher herein. Sie läuft durch die Menge, sofort bildet sich eine Traube um sie. Dadurch erhält sie eine größere Masse. Wenn sie weiterläuft, treten Partyteilnehmer, denen sie sich nähert, auf sie zu. Andere, von denen sie sich entfernt, wenden sich von ihr ab und wieder ihren ursprünglichen Gesprächspartnern zu.

"In drei Dimensionen und mit allen Komplikationen der Relativität ist das der Higgs-Mechanismus", schreibt Miller. Um Teilchen Masse zu verleihen, werde ein Hintergrundfeld erfunden, das lokal verbogen werde, sobald ein Teilchen sich durch das Feld bewege - das sogenannte Higgs-Feld.

Nun kommt das Higgs-Boson ins Spiel, das Miller mit einem Gerücht vergleicht: Es beginnt in einer Ecke, Leute stecken die Köpfe zusammen, um es zu hören. Dann wandert es in die andere Ecke - als Zusammenballung von Menschen. Solche Menschentrauben, die das Gerücht weitertragen, haben letztlich auch Thatcher Masse verliehen. Die Ex-Premierministerin war ein Teilchen, das Masse bekam. Das Gerücht - das für das Higgs-Boson steht - bildet ebenfalls Cluster und muss demnach auch eine Masse haben. Das Higgs-Boson ist im Standardmodell, das in seiner heutigen Form seit Mitte der siebziger Jahre existiert, als eine solche Zusammenballung des Higgs-Feldes vorhergesagt.

Direkt beobachtet wurde das Higgs-Boson allerdings noch nie, und auch in den rätselhaften Fermilab-Daten versteckt es sich offenbar nicht. Denn laut der Vorhersage aus dem Standardmodell müsste es in deutlich schwerere Partikel zerfallen, die außerdem 300-mal weniger oft entstünden als die Teilchen aus dem Fermilab.

"Das ist es, was den Effekt so außergewöhnlich macht", sagte Mönig zu SPIEGEL ONLINE. Das neue Elementarteilchen wäre "sehr schwer, sehr interessant und sehr fundamental", sagte Michael Witherell, Physiker an der University of California in Santa Barbara der "Los Angeles Times". "Es würde unser Verständnis der Teilchenphysik über den Haufen werfen."

Hoffnung auf unabhängige Bestätigung

Die Fermilab-Forscher sind sich relativ sicher, dass das Phänomen real ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich nur um ein statistisches Artefakt handelt, geben sie mit eins zu 1300 an. Das ist zwar zu wenig, um offiziell von einer Entdeckung zu sprechen - dafür wäre eine Fehlerwahrscheinlichkeit von etwa eins zu einer Million notwendig. Doch es ist absolut ausreichend, um Aufmerksamkeit zu erregen. Das 700-köpfige Forscherteam der "CDF Collaboration" hat seine Daten inzwischen online vorab veröffentlicht, die Studie soll zudem im Fachblatt "Physical Review Letters" erscheinen.

Für eine abschließende Bewertung müsse man auf eine Bestätigung aus anderer Quelle warten, sagte Mönig. Die dürfte es schon bald geben: Am Fermilab läuft ein zweites Experiment, von dem sich die Forscher noch in diesem Jahr genauere Erkenntnisse erhoffen. Auch am LHC des Cern werde man versuchen, die Entdeckung des Fermilab zu bestätigen, sagte Mönig. "Das beginnt heute, da kann man sicher sein."

Die Energie, mit der die Partikel kollidieren, ist im LHC dreieinhalb mal größer als im Tevatron. Deshalb sollte laut Mönig auch das rätselhafte Signal deutlicher zu sehen sein. Die LHC-Forscher müssten dafür kein neues Experiment starten, sondern in den bisher gewonnenen Daten suchen. Dass der merkwürdige Effekt dort bisher nicht entdeckt wurde, ist für Mönig nicht weiter überraschend: "Man muss bei der Analyse schon in eine bestimmte Richtung schauen, um zu diesem Ergebnis zu kommen." Zudem sei das Signal zumindest in den Fermilab-Daten relativ schwach ausgeprägt.

Ähnlich zurückhaltend äußerte sich Nima Arkani-Hamed vom Institute for Advanced Study in Princeton (US-Bundesstaat New Jersey). Er hält es für gut möglich, dass das Signal in den Fermilab-Daten kaum mehr als ein statistischer Schluckauf sei. Sollte es anders sein, werde man mit dem LHC "in kurzer Zeit dramatische Beweise finden".

Quelle : www.spiegel.de

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Die Apokalypse geht nicht vom weltgrößten LHC-Teilchenbeschleuniger am CERN in Genf aus, versichert Prof. Harald Lesch

Die Diskussion um den weltgrößten LHC-Teilchenbeschleuniger am CERN, der im Februar dieses Jahres seinen Neustart zelebrierte, verstummt nicht (Cern und die Schwarzen Löcher). Nach wie vor melden sich Kritiker des Experiments zu Wort und warnen mit Nachdruck vor Schwarzen Mikro-Löchern, die uns und unseren Planeten dereinst in den Abgrund reißen könnten. Doch wie für die deutliche Mehrheit der Physiker ist auch für den deutschen Astrophysiker Harald Lesch der LHC-Protonenbeschleuniger keine Büchse der Pandora, der Schlechtes über die Welt bringt. Ungeachtet aller Pro- und Contra-Argumente bezieht Lesch auf seine Weise klare Position für den LHC.

Am 21. Mai dieses Jahres sollte die Welt mal wieder untergehen - ging sie bekanntlich aber nicht. Die von dem 89-jährigen Prediger aus Oakland (US-Bundesstaat Kalifornien), Harold Camping, seit Monaten lautstark über das Radio und Internet propagierte Rückkehr seines Herrn Jesus Christus und das damit einhergehende strafende Jüngste Gericht fand (natürlich) nicht statt. Das Ende der Welt lässt jedoch nach wie vor seit Ewigkeiten auf sich warten.

LHC-Büchse der Pandora

Auch wenn sich bislang keine einzige apokalyptische Prophezeiung der Vergangenheit bewahrheitete, denken sich die Propheten des Untergangs dennoch immer neue Horror-Szenarien aus - insbesondere mit Blick auf das von ihnen hochstilisierte Katastrophenjahr 2012. Einer von ihnen ist der deutsche Chemiker und Chaosforscher Otto E. Rössler vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen, der sich in diesem Online-Magazin bereits zweimal zu Wort gemeldet hat, um seine Thesen zum Besten zu geben.

Für Rössler ist der Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik CERN in Genf die Büchse der Pandora schlechthin. Das Übel der Welt kommt seiner Befürchtung nach aus einem 100 Meter unter der Erde installierten 27 Kilometer langen Röhrenring, in dem Protonen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit (99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit) beschleunigt werden.

Rösslers Sorge

Was bei Rössler Angst schürt, stimmt die Physiker am CERN dagegen hoffnungsvoll. Schließlich versuchen diese mit dem LHC-Experiment jene Bedingungen zu simulieren und zu studieren, die kurz nach dem Urknall das Universum prägten. Sie hoffen, bei den Protonen-Kollisionen neue, unbekannte Teilchen zu generieren, um den Aufbau der Materie und die Entstehung des Universums besser verstehen.

Das LHC ist das bislang größte wissenschaftlich-technische Experiment der Menschheitsgeschichte. An ihm arbeiten 10000 Quantenphysiker und Ingenieure aus 85 verschiedenen Ländern seit mehr als elf Jahren. Nach einer zweijährigen Testphase und einigen reparaturbedingten Zwangspausen läuft das LHC-Experiment seit Februar dieses Jahres wieder auf Hochtouren - sehr zum Unwillen von Otto Rössler.

Computersimulation einer Proton-Proton-Kollision am Large Hadron Collider LHC. Bild: CERN

Denn für ihn ist die Gefahr größer denn je, dass bei den Protonen-Kollisionen im LHC stabile und gefräßige Schwarze Mikro-Löcher entstehen, die sich ins Erdinnere verflüchtigen und dort ihr zerstörerisches Werk beginnen. "Meine eigenen Rechnungen haben ergeben, dass es ziemlich plausibel ist, dass diese kleinen Schwarzen Löchern überleben und exponentiell anwachsen und den Planeten von innen auffressen werden." Sie würden den Anfang vom Ende der Erde mitsamt ihren Geschöpfen einleiten und unsere Welt vollends verschlucken. So weit Rösslers Horrorszenarium in nuce.

Schwache Gravitation

Der bekannte deutsche Astrophysiker Harald Lesch hält solche Gedanken jedoch für völlig abstrus. Sollten tatsächlich beim LHC-Experiment Schwarze Löcher im Miniaturformat auftauchen, würden diese sofort wieder verpuffen. Bereits ein Physik-Student im ersten Semester könne ausrechnen, so Lesch, wie groß die Gravitationskraft zwischen zwei Teilchen im Vergleich zu ihrer elektrischen Kraft sei. Er käme zu dem unveränderlichen Resultat, dass die Schwerkraft 1036-mal schwächer ist als die elektromagnetische Kraft.

Da die Schwerkraft im atomaren Sub-Kosmos - anders als bei massiven Sternen im Universum - überhaupt keine Wirkung zeigt, könnte selbst ein Schwarzes Mikro-Loch einem benachbarten Atom nicht das Elektron wegschnappen. Infolge seiner geringen Gravitation hat das winzige Schwarze Loch auf seine Umgebung keinerlei Einfluss.

Überdies würden nach einer Theorie des britischen Astrophysikers Stephen Hawking winzige Schwarze Löcher binnen des Bruchteils einer Mikrosekunde wieder verdampfen, so Lesch.

Gutachter contra Rössler

Schon 2009 sezierte und prüfte ein hochkarätiges Gutachterduo Rösslers These - mit einem für den Chemiker wenig erfreulichen Ergebnis. Denn beide Autoren brandmarkten seine Berechnungen als fehlerhaft. Rössler interpretiere die Allgemeine Relativitätstheorie schlichtweg falsch und negiere die Grundlagen der Physik, so der Hauptvorwurf.

Ohnehin hätten die vermeintlichen Schwarzen Löcher am LHC, über die Rössler spekuliere, nichts mit den kosmischen Schwarzen Löchern gemein. Denn letztere seien mindestens mehrere Sonnenmassen schwer, die Schwarzen Löcher am LHC hingegen wären leichter als ein Milliardstel eines Milliardstel Gramms.

Tatsächlich verstehen Astrophysiker unter kosmischen Schwarzen Löchern ausschließlich massereiche kompakte Objekte, die aus Sternleichen erwachsen. Stirbt eine Sonne, entscheidet ihre Masse über ihr weiteres Schicksal. Sehr massereiche Sterne enden in Schwarzen Löchern. Solche extrem dichten, heißen und massereichen Gebilde saugen infolge ihrer enormen Schwerkraft jegliche Form von Materie und Energie auf. Alles, was ihnen zu nahe kommt, verschwindet auf Nimmerwiedersehen - sogar das Licht selbst.

Um Licht in das Dunkle der Rösslerschen Hypothese zu bringen, gaben Teilchenphysiker aus 26 Universitäten bereits 2008 eine gemeinesame Erklärung ab. Im Rahmen einer offiziellen Stellungnahme des Komitees für Elementarteilchenphysik (KET) warfen die Verfasser dem Chaosforscher vor, von "falschen und widerlegten Annahmen" auszugehen.

Mikroskopisch kleine Schwarze Löcher seien, falls sie am LHC entstehen sollten, "unter keinen Umständen" gefährlich. Zahlreiche Untersuchungen unabhängiger Experten, Experimente und Beobachtungen belegen eindeutig, dass das LHC sicher sei. Jede Sekunde würden zirka 100.000 Protonen der LHC-Energie (und höher) als Teil der natürlichen kosmischen Strahlung auf die Erde prasseln. Dabei seien bislang nachweislich noch keine Schwarzen Mini-Löcher entstanden.

"… sonst gäbe es auch keine Kritiker"

Harald Lesch geht noch weiter: Sollten in der Frühphase des Universums wirklich pausenlos kleine stabile Schwarze Löcher aufgetaucht sein, dann könnte heute logischerweise kein Forscher das LHC-Experiment simulieren.

Wäre der Kosmos kurz nach dem Urknall von kleinen Schwarzen Löchern durchsetzt gewesen, wäre schlichtweg nichts entstanden.

Vom LHC in Genf, wo die Bedingungen kurz nach dem Urknall nachgestellt und untersucht werden, gehe daher keine Gefahr für unser Leib und Leben aus. "Da kann ich Sie beruhigen", versichert Lesch.

Zu bedenken sei schließlich auch die infolge langjähriger Experimente, Beobachtungen und Berechnungen gewonnene Erkenntnis, dass alle auf der Erde bekannten Naturgesetze immer und überall im Kosmos gültig sind. Und da dies so ist, kann man mit Sicherheit davon ausgehen, dass im frühen Kosmos keine Schwarzen Mini-Löcher en masse entstanden sind. "Denn sonst wären wir nicht da", erläutert Lesch.

Ja, eben auch die Tatsache, dass die Kritiker des LHC-Experiments ihre Kritik überhaupt anbringen können, sei Beweis genug, dass es im frühen Universum keine Invasion von stabilen Schwarzen Mini-Löcher gegeben haben kann. "Denn sonst gäbe es auch keinen einzigen Kritiker."

Quelle : http://www.heise.de/tp/

[Jürgen]

Bei allem Respekt muss ich dem hochgeschätzten Harald teilweise widersprechen.

Protonen mit einer so hohen Geschwindigkeit hat noch niemand in Erdnähe tatsächlich nachgewiesen.
Theoretisch kann es einen grossen Unterschied machen, ob die z.B. 2/3 c haben, oder eben 99,9999991 % c.
Und es geht hier nicht um ein einzelnes Proton, oder eine Handvoll, die frei herumschwirren, sondern um grosse Mengen davon, die als auf äusserst engem Raum konzentrierte hochkohärente Strahlen kollidieren.
Miteinander, nicht mit Luftbestandteilen.  
Hinzu kommen die im Versuch verwendeten extremen elektromagnetischen Feldstärken.
Man darf zwar vermuten, dass das nix macht, aber wirklich wissen kann man das vorher nicht.

Bereits ein Physik-Student im ersten Semester könne ausrechnen, so Lesch, wie groß die Gravitationskraft zwischen zwei Teilchen im Vergleich zu ihrer elektrischen Kraft sei.

Naja, ein paar mehr Semester hatte ich schon...
Aber welche elektrische Kraft?
Es gibt noch keinerlei Erkenntnisse über mögliche Ladung oder Leitfähigkeit oder Dielektrizität oder was auch immer, eines Schwarzen Lochs jedweder Grösse.
Sonst hätte man ja eventuell ein Gegenmittel für den schlimmsten Fall, die elektrische Kanone...
Also weiss niemand, ob so ein theoretisches Mini-Loch überhaupt (nennenswert) der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegt.
Man denke an Neutrinos.

Ein Vergleich mit dem Zustand des Universums ganz kurz nach dem Urknall (sofern der nicht als permanent anzusehen ist) hinkt auf jeden Fall, denn seinerzeit muss der im ganzen Raum gleichzeitig gegolten haben, mit verschwindend geringen Fluktuationen / Gradienten.

Da H.L. genau so alt ist wie ich, gehe ich davon aus, dass er seinerzeit auch die Erstausstrahlungen von Raumschiff Enterprise gesehen und sich gedanklich damit auseinandergesetzt hat.
Nicht irgendwelche astrophysikalischen Spekulationen meine ich damit, sondern das von Mr.Spock klar vertretene Grundprinzip, dass es logisch unzulässig sei, zwei Hypothesen miteinander zu verknüpfen.
So sehe ich das auch heute noch.

Daher ist die Vermutung von Stephen Hawking über ein ultraschnelles Verdampfen hier nicht relevant. Wenn es um Sicherheit geht, ist sie vielmehr in Frage zu stellen.
Kein Mensch auf der Welt kann wissen, ob und wie ein Mikro-Loch mit klassischer Materie wechselwirkt, oder mit den vermuteten ständigen Quantenfluktuationen im Mikrokosmos, oder mit was immer.

Ich gebe zu, ich weiss es einfach nicht.
Und daher kann ich über Sicherheit auch nur spekulieren.
Das ist mir aber deutlich zu wenig, um ein Restrisiko zu negieren.
Die Atomkraft ist sicher, die Rente auch, so ein LHC wohl ebenso  

[SiLæncer]

Die Wissenschaftler am Schweizer Forschungszentrum CERN müssen bei ihren Experimenten mit dem Large Hadron Collider (LHC), dem weltweit größten Teilchenbeschleuniger, nicht nur mit komplizierter Technik umgehen, sondern auch eine ungeheure Datenflut bewältigen.

Pro Sekunde, in der Teilchen in der über 26 Kilometer langen Vakuumröhre beschleunigt und zur Kollision gebracht werden, liefern die zahlreichen Sensoren rund 1 Petabyte Daten. Das berichtete das britische Magazin 'V3' unter Berufung auf Francois Briard, der für die Kontroll-Infrastruktur der Anlage zuständig ist.

Obwohl Forschungseinrichtungen weltweit bei der Auswertung der Daten des LHC mitarbeiten, kann eine solche Informationsflut an sich kaum beherrscht werden. Deshalb sorgen verschiedene Filter dafür, dass letztlich nur die Informationen bei den Wissenschaftlern landen, aus denen möglicherweise wichtige Schlüsse gezogen werden können.

"Wir speichern nicht alle Daten, weil das nicht praktikabel wäre. Statt dessen behalten wir nur kleine Ausschnitte von den Kollisionen", sagte Briard. Allein dies bedeutet aber immer noch, dass im Jahr rund 25 Petabyte für die Analyse in den Speichern landen - eine Menge die etwa 1.000 Jahren Video in DVD-Qualität entspricht.

Die Rechenkraft von rund hunderttausend normale PCs würde benötigt, um die Informationen auszuwerten. In den Datenzentren des CERN steht allerdings nur etwa 20 Prozent der benötigten Kapazität zur Verfügung. Deshalb verteilt man die Daten weltweit auf rund 130 Orte und zahlreiche Forschungseinrichtungen beteiligen sich an der Analyse.

Quelle : http://winfuture.de

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Das Cern hat Nutzer aufgefordert, ihre Computer für die Wissenschaft zur Verfügung zu stellen. Die Genfer Forscher brauchen die Rechenzeit, um Teilchenkollisionen zu simulieren. Die Daten wollen sie mit denen aus dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider vergleichen.

Das Higgs-Teilchen ist der neue Außerirdische: Das europäischen Kernforschungszentrum Cern hat die Internetgemeinde aufgefordert, sich an der Suche nach dem Higgs-Boson zu beteiligen.

LHC@home 2.0 heißt das Grid-Projekt, das auf der Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (Boinc) basiert. Es ist eine Erweiterung des bereits 2004 gestarteten LHC@home. Die Entwicklung von LHC@home 2.0 wurde von der Shuttleworth Foundation unterstützt, der Stiftung von Ubuntu-Gründer Mark Shuttleworth.

Protonenkollisionen simulieren

Das erste Projekt dieses Grids heißt Test4Theory@Home. Die Nutzer sollen dabei Rechenzeit zur Verfügung stellen, um die Kollision von Protonen zu simulieren. Die errechneten Daten werden dann mit denen verglichen, die bei den im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider durchgeführten Kollisionen aufgezeichnet wurden.

Organisiert wird das Grid-Projekt vom Citizen Cyberscience Centre, an dem neben dem Cern das Forschungs- und Ausbildungsinstitut der Vereinten Nationen (UNITAR) und die Genfer Universität beteiligt sind. Die Aktion steht im Rahmen des Europäischen Jahres der Freiwilligentätigkeit.

Das Citizen Cyberscience Centre hat auch gemeinnützige Grid-Projekte initiiert, wie etwa das Operational Satellite Applications Programm. Dabei werden durch verteiltes Rechnen Landkarten aus den Daten von staatlichen und privaten Satellitenbetreibern erstellt, etwa um die Auswirkungen von Naturkatastrophen in Ländern der Dritten Welt festzustellen oder um die Abholzung der Regenwälder zu verfolgen.

Kooperation mit World Community Grid

Ein anderes Projekt, Computing for Clean Water, führt das Citizen Cyberscience Centre unter anderem mit dem World Community Grid durch. Das Grid hat IBM 2004 für die humanitäre Forschung, etwa zur Entschlüsselung der genetischen Codes von Krankheitsauslösern, gegründet.

Die privaten Computer werden in einem solchen Grid zu einem virtuellen Supercomputer zusammengeschlossen, der immense Datenmengen verarbeitet. Die Berechnung einer Teilchenkollision, wie sie im Rahmen von Test4Theory@Home durchgeführt werden soll, würde mehrere Physiker mehrere Jahre lang beschäftigen, schreiben die Cern-Forscher. Per Gridcomputing werden indes nicht nur Simulationen berechnet, sondern auch die Daten der echten Kollisionen ausgewertet.

Private Computer für die Wissenschaft

LHC@home 2.0 ist nicht das einzige Grid, bei dem private Computer für wissenschaftliche Berechnungen eingesetzt werden. Weitere sind beispielsweise Climateprediction.net, das versucht, den Klimawandel bis Ende des Jahrhunderts vorauszuberechnen, oder Einstein@Home, das die Daten des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory sowie des Arecibo-Radioteleskops auswertet.

Im vergangenen Jahr hatten drei Amateurwissenschaftler aus Deutschland und den USA, die Rechenkapazität ihrer Computer für das Projekt zur Verfügung stellten, einen Pulsar entdeckt. Ihre Computer fanden die Signale des Neutronensterns in den Daten, die das Arecibo-Radioteleskop im Februar 2007 aufgezeichnet hatte.

Quelle : www.golem.de

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Das Cern stellt in dieser Woche auf einer Konferenz in Mumbai (Indien) erste Ergebnisse der LHC-Experimente Atlas und CMS vor. Ernüchternde Erkenntnis: Vom Higgs-Boson, dem sogenannten Gottesteilchen, gibt es bislang keine Spur.

Ein Beweis für die Existenz des Higgs-Bosons zu finden, ist eines der Hauptziele des Large Hadron Collider. Doch bislang konnte das sogenannte Gottesteilchen, das Materie Masse verleihen soll, nicht gefunden werden. Das Cern teilt mit: Die Ergebnisse von Atlas und CMS schließen mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent aus, dass ein Higgs-Teilchen im Bereich von 145 bis 466 Gigaelektronenvolt (GeV) existiert.

Bereits 1960 hat der schottische Physiker Peter Higgs die Existenz des heute Higgs-Boson genannten Teilchens vorhergesagt. Entstehen soll es aus der Kollision von Protonen. Allerdings können die Wissenschaftler kaum darauf hoffen, das Teilchen selbst zu sehen. Da es für ein subatomares Teilchen sehr schwer ist - seine Masse könnte 100- bis 200-mal so groß sein wie die eines Protons -, ist es instabil und zerfällt in Bruchteilen von Sekunden. Atlas und CMS sollen aber seine Reste registrieren können: spezielle Muster aus Streifen und Spiralen. Doch bislang deuten die Ergebnisse eher auf das Gegenteil hin.

Die Wissenschaftler messen dem Higgs-Boson eine große Bedeutung bei, lässt sich doch damit erklären, woher Elementarteilchen ihre Masse bekommen. "Wir haben ein mathematisches Gerüst in der Teilchenphysik, das die Wechselwirkung zwischen den Teilchen erklärt. Das funktioniert hervorragend, aber leider nur für masselose Teilchen. Wir wissen nun aber, dass Teilchen eine Masse haben und der Higgs-Mechanismus erklärt, wie Teilchen zu einer Masse kommen können. Der Higgs-Mechanismus beschreibt eine Wechselwirkung der Teilchen mit dem sogenannten Higgs-Feld. Dieses Feld erzeugt durch die Wechselwirkung mit sich selbst wieder ein Teilchen, das Higgs-Teilchen. Wenn wir das Higgs-Teilchen finden, dann wissen wir, dass es den Higgs-Mechanismus gibt und damit haben wir die Erklärung im Standardmodell für die Masse der Elementarteilchen", erklärt Rolf-Dieter Heuer im Gespräch mit dem Internetportal Welt der Physik. Heuer, ehemaliger Forschungsdirektor am Hamburger Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY), ist heute Generaldirektor des Cern.

Bislang geben die Ergebnisse des LHC Steven Hawking recht. Der bekannte Astrophysiker hatte 100 US-Dollar darauf gewettet, dass es nicht gelingen wird, das Higgs-Boson mit dem LHC nachzuweisen. Viele Forscher gingen davon aus, dass es mit dem LHC nur eine Frage der Zeit ist, bis ein Beweis für die Existenz des Higgs-Boson gefunden wird, da der Teilchenbeschleuniger deutlich höhere Energielevel erreicht als jeder seiner Vorgänger. "Ich denke, es wäre viel aufregender, wenn wir das Higgs nicht finden. Das zeigt dann, das etwas falsch ist und wir noch einmal nachdenken müssen", sagte Hawking 2008 der BBC.

Sergio Bertolucci, Forschungsleiter am Cern, argumentiert ähnlich: "Entdeckungen sind in den nächsten zwölf Monaten so gut wie sicher. Wenn das Higgs existiert, werden es die LHC-Experimente finden. Wenn es nicht existiert, wird ein Fehlen uns den Weg in eine neue Richtung der Physik weisen."

Bei den zuvor gefundenen Hinweise auf Higgs-Boson handelt es sich nach aktuellem Stand um statistische Fluktuationen, was sich mit zunehmenden Daten weiter bestätigt.

Quelle : www.golem.de

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Der LHC ist bereits der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt. Das Cern will die Leistungsfähigkeit noch steigern: Etwa 2020 sollen fünf- bis zehnmal mehr Teilchen kollidieren als heute.

Das europäische Kernforschungszentrum (Cern) in Genf plant einen Ausbau des Teilchenbeschleunigers Large Hadron Collider (LHC): In Zukunft sollen mehr Partikel in der 27 Kilometer langen Röhre unter dem schweizerisch-französischen Grenzgebiet kollidieren können. Im Jahr 2020 soll es soweit sein, erklärte das Cern.

Video: CERN - LHC-Projekt (3:01)

Der LHC ist der Teilchenbeschleuniger mit der höchsten Luminosität. Das Cern will die Leistungsfähigkeit noch um das fünf- bis zehnfache steigern. Zwar kollidierten im LHC heute schon mehrere hundert Millionen Teilchen in der Sekunde. Aber einige der Phänomene, an denen die Wissenschaftler besonders interessiert seien, träten nur wenige Male am Tag auf. Eine höhere Luminosität ermögliche bessere Messungen und erhöhe damit die Chance, Neues zu entdeckten, erläutert Cern-Forschungsdirektor Sergio Bertolucci.

High Luminosity LHC (HL-LHC) heißt das Projekt. Die Luminosität gibt an, wie viele Protonen gleichzeitig im Beschleuniger kreisen und pro Sekunde kollidieren können und ist somit ein Indikator für dessen Leistung. Zum Start hält das Cern in dieser Woche einen Workshop ab. Dort beraten Vertreter der am LHC beteiligten Institutionen, wie eine Erweiterung des LHC technisch umgesetzt werden kann.

Dazu seien unter anderem stärkere supraleitende Magnete, supraleitende Stromleitungen ohne Energieverlust und supraleitende Hochfrequenz-Systeme (Superconducting Radio-Frequency, SRF) nötig, erklärte Projektkoordinator Lucio Rossi.

Quelle : www.golem.de

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Materie und Antimaterie verhalten sich möglicherweise nicht symmetrisch. Forscher des LHC haben bei einem Experiment Abweichungen beim Zerfall von bestimmten Materieteilchen und ihrer Antimaterie-Pendants entdeckt.

Physiker des Experiments LHCb am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) sind möglicherweise der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie auf der Spur. Ihre Beobachtungen legen nahe, dass sich Materie und Antimaterie entgegen den Annahmen des Standardmodells nicht gleich verhalten.

Sein oder Nichtsein

Antimaterie ist das Spiegelbild der Materie: Beide sind identisch aufgebaut, haben aber entgegengesetzte Ladungen. Ein Wasserstoffatom etwa besteht aus einem Proton und einem Elektron, ein Antiwasserstoff aus einem Antiproton und einem Positron. Treffen beide aufeinander, löschen sie sich gegenseitig aus. Eigentlich hätte also gleich nach dem Urknall alles schon wieder vorbei sein müssen.

Stattdessen gibt es ein Universum, das aus Materie besteht. Bisher sind noch keine Himmelskörper entdeckt worden, die aus Antimaterie bestehen. Allerdings hat die Wissenschaft noch keine Erklärung dafür, weshalb die Natur Materie der Antimaterie vorzieht.

Zerfall von Mesonen

Eine mögliche Erklärung liefern Ergebnisse des Experiments Large Hadron Collider beauty (LHCb): Die Wissenschaftler beobachteten das Verhalten von D-Mesonen. Mesonen sind subatomare Teilchen, die bei der Kollision von Protonenkollisionen entstehen und in Bruchteilen einer Sekunde zerfallen

Nach dem Standardmodell müssten D-Mesonen und ihre Antiteilchen in Paare von Kaonen oder Pionen sowie deren jeweiligen Antimaterie-Pendants zerfallen, und das in etwa zu gleichen Teilen. Tatsächlich stellten die Wissenschaftler eine Abweichung von 0,82 Prozent fest.

Abweichungen auch im Tevatron

Eine mögliche Erklärung ist, dass Materie und Antimaterie doch nicht ganz symmetrisch ist, es also eine sogenannte CP-Verletzung gibt. Tatsächlich haben auch schon Wissenschaftler des Collider Detector at Fermilab (CDF) bei einem Experiment am Teilchenbeschleuniger Tevatron des Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) eine Abweichung beim Zerfall von D-Mesonen festgestellt. Bei ihnen lag der Unterschied bei 0,46 Prozent.

Die LHCb-Wissenschaftler sind jedoch vorsichtig. Ihre Ergebnisse hätten eine statistische Sicherheit von 3,5 Sigma. Damit sei "dieses Resultat jedoch noch weit davon entfernt", um von einer Entdeckung zu sprechen. Ein Ergebnis von 3 Sigma hat nur eine kleine Aussagekraft. "Wirklich interessant werden", erklären die LHCb-Wissenschaftler, "Ereignisse ab einem Level von Sigma 4. Ab einem Sigma 5 Level gilt es als eine neue Entdeckung."

Mehr Daten auswerten

Jetzt gelte es, mehr Daten auszuwerten, um Gewissheit zu bekommen, sagte Matthew Charles dem Wissenschaftsmagazin Science. Die Ergebnisse, die die Forscher auf dem Hadron Collider Physics Symposium 2011 in Paris vorgestellt haben, beruhten auf etwa 60 Prozent der Daten aus dem Jahr 2011. Charles ist Physiker an der Universität im englischen Oxford und Mitglied der LHCb-Mannschaft.

Sein LHCb-Kollege Paul Harrison glaubt allerdings nicht an einen Durchbruch: "Ich verwette meine Pension nicht darauf, dass dieses Resultat dem Test an weiteren Daten standhält", sagte der Physiker von der Universität im englischen Warwick.

Quelle : http://www.golem.de/1111/87856.html

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Die Spekulationen mehren sich, wonach CERN am 13. Dezember verlautbaren wird, erste Spuren des Higgs-Bosons entdeckt zu haben

In der Gerüchteküche der Teilchenphysiker, Wissenschaftler und "Higgs-Fans" brodelt es, wird wieder einmal heißer gekocht als gegessen. Was einige Blogger und Journalisten derzeit auftischen, muss gleichwohl nicht jedermanns Geschmack sein. Denn deren Ansicht nach wird CERN nächste Woche mit der Information aufwarten, erste Hinweise auf die Existenz von Higgs-Bosonen gefunden zu haben, dem Gottesteilchen schlechthin, wie Physiker das Higgs-Teilchen scherzhaft bezeichnen. Fakt ist: In Zürich (Schweiz) findet am 12. und 13. Dezember wirklich ein Meeting statt, das in einem geheimen Treffen gipfelt und in eine große Auditoriums-Diskussion münden soll, bei dem jeweils das Higgs-Boson allein im Fokus steht. Nur wenige kennen die aktuelle Datenlage, und was am 13. Dezember verkündet wird, bleibt vorerst Top secret.

Die Nervosität wächst. Die Spannung steigt. Physiker, Teilchenphysiker, Astronomen, Kosmologen, ja Forscher aus allen Disziplinen und Hobbywissenschaftler rund um den Globus warten schon seit einigen Monaten auf die erlösende Nachricht, auf die Bestätigung des wissenschaftlichen Modells aller Modelle. Im Zentrum ihres Interesses steht ein unbekanntes Teilchen, das der Schlüssel zur quantenmechanischen Weisheit sein und als gemeinhin letztes postuliertes Partikel, als einziges bislang nicht im Experiment nachgewiesenes, die Richtigkeit des bisherigen Standardmodell der Elementarteilchenphysik bestätigen soll: das Higgs-Teilchen respektive Higgs-Boson.

Peter Higgs besucht das CERN bzw. das CMS-Experiment, mit dem das Higgs-Boson aufgespürt werden soll. Bild: CERN.

Higgs-Charakteristika

Benannt nach dem englischen Physiker Peter Higgs (geb. 1929), der es 1964 zusammen mit anderen Forschern fast zeitgleich vorhersagte, schreibt die Wissenschaft dem Higgs-Teilchen eine einzigartige Qualität zu. Es ist eine Qualität, die die Quantität der Partikel erklären soll.

Die Idee, die dahinter steckt, ist einfach wie genial, aber gleichwohl höchst schwer nachzuweisen. Laut Theorie erhalten die Partikel im Subkosmos ihre Masse dadurch, indem sie sich durch ein Kraftfeld, das so genannte Higgs-Feld, bewegen. In ihm sind Higgs-Bosonen die charakteristischen Vermittlerteilchen, die weder einen Spin noch eine Ladung haben.

Während das Higgs-Feld die Bewegung aller Teilchen abbremst, gewinnen Elektronen, Neutrinos, Quarks, aber auch W- und Z-Bosonen zeitgleich an Masse. Da das Feld auf bestimmte Partikelarten stärker reagiert als auf andere, kommen somit unterschiedliche Massen zustande. Auf eine einfache Formel gebracht bedeutet dies: Je intensiver ein Teilchen mit dem Higgs-Feld wechselwirkt, desto größer gerät seine Masse.

In diesem Zusammenhang drängt sich natürlich unweigerlich die Frage auf, woher das Masse generierende Higgs-Boson selbst seine Masse bezieht – und wie es dies bewerkstelligt. Auch wenn aus den Modellen der Elementarteilchenphysiker hervorgeht, dass Higgs-Bosonen de facto eine Masse haben, weiß derweil keiner genau, wie groß diese ist. Die "Nature"-Redakteurin und Buchautorin Joanne Baker bringt das Dilemma auf den Punkt.

"Experimentell wurde nur eine Untergrenze ermittelt, die durch die gegenwärtig in Beschleunigern erreichbaren Energien gegeben ist. Dass man das Higgs-Teilchen dort noch nicht beobachtet hat, bedeutet, dass man bisher nicht in die entsprechenden Energie- und damit Masseregionen vorstoßen konnte. Wir wissen also nicht mehr, als dass das Higgs-Boson ziemlich massereich sein muss."

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Quelle : http://www.heise.de/tp/

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Im Large Hadron Collider (LHC) sind Teilchenstrahlen mit einer Energie von 8 Teraelektronenvolt (TeV) aufeinandergeprallt. Damit hat der LHC den eigenen Rekord überboten. Von der Erhöhung der Energie versprechen sich die Cern-Wissenschaftler bessere Chancen zur Entdeckung des Higgs-Teilchens.

Im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) haben Wissenschaftler einen neuen Energierekord aufgestellt: Sie haben erstmals Teilchenstrahlen mit einer Energie von 8 Teraelektronenvolt (TeV) kollidieren lassen.

Kollision nach Mitternacht

Die Forscher hatten zwei Protonenstrahlen mit einer Energie von jeweils 4 TeV durch die 27 Kilometer lange Röhre geschickt. Um 0:38 Uhr registrierten die vier Experimente deren Kollisionen, teilte das europäische Kernforschungszentrum Cern mit. Damit wurde die eigene Rekordmarke übertroffen: 2010 kollidierten Teilchenstrahlen mit einer Energie von 7 TeV.

Video: Cern - neuer Rekord beim LHC (3:42)

Die Erfahrung von zwei guten Jahren mit 3,5 TeV pro Strahl gab uns die Zuversicht, dass wir die Energie für dieses Jahr ohne nennenswerte Gefahr für die Maschine erhöhen können", erklärte Stephen Myers, Chef der Cern-Teilchenbeschleuniger. Jetzt sei es an den Teams der Experimente, das Beste daraus zu machen.

Mehr hypothetische Partikel

Obwohl die Steigerung der Energie nicht sehr groß ist, steigt die Möglichkeit, verschiedene hypothetische Partikel, allen voran das Higgs-Teilchen, zu entdecken, deutlich. Das Higgs-Teilchen, wie es das Standardmodell vorhersagt, oder andere Partikel, die durch die Supersymmetrie vorhergesagt werden, würden bei einer Kollisionsenergie von 8 TeV in größerem Maße entstehen als bei 7 TeV. 2011 hatten sie lediglich Hinweise darauf gefunden.

Das Cern plant, den LHC bis Ende 2012 laufen zu lassen. Dann wird er für eine längere Zeit stillgelegt, um ihn für eine höhere Kollisionsenergie vorzubereiten. 2014 sollen dann erstmals Teilchenstrahlen mit einer Energie von jeweils 6,5 TeV aufeinanderprallen. Ausgelegt ist der LHC für eine Energie von 7 TeV pro Strahl.

Quelle : www.golem.de

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Das Großforschungsprojekt CMS (Compact Muon Solenoid) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Zürich in der Fülle der Kollisionsergebnisse der nunmehr mit 8 TeV kreisenden Protonen des Large Hadron Colliders (LHC) zwar noch nicht das gesuchte Higgsche Boson, aber ein neues Teilchen entdeckt, beziehungsweise einen neuen angeregten Zustand eines kürzlich entdeckten Xi-b-Baryons. Baryonen sind vergleichsweise schwere Teilchen mit halbzahligem Spin, bestehend aus drei Quarks, den Grundbausteinen der Elementarteilchenphysik. Dieses in 21 Events nachgewiesene neutrale Teilchen passt gut in das bestehende Standardmodell. Es besteht aus den drei Quarks up, strange und bottom und besitzt eine Masse von 5945 MeV.

Man muss komplizierte Zerfallsketten rückverfolgen, um das Ausgangsteilchen aufzuspüren

Es sei sehr schwer, solche Teilchen zu finden, so CMS-Physiker Vincenzo Chiochia in dem Blog Symmetry-Breaking. Aber nachdem man diese komplexe Zerfallskette in einem Wust von Werten gefunden hat, hofft man nun, bald weitere neue Teilchen entdecken zu können. Bis Jahresende so der Tenor bei CERN, will man auch Klarheit geschaffen haben, ob das gesuchte Higgsche Boson nun existiert oder nicht.

Quelle : www.heise.de