Large Hadron Collider

Large Hadron Collider (LHC) Anordnung der verschiedenen Beschleuniger und Detektoren des LHC
Detektoren
ATLAS CMS LHCb ALICE	LHCf TOTEM FASER  Teilweise aufgebaut: MoEDAL
Vorbeschleuniger
Linearbeschleuniger für Protonen (p) bzw. Bleikerne (Pb) Proton Synchrotron Booster (PSB) Proton Synchrotron (PS) Super Proton Synchrotron (SPS)

Der Large Hadron Collider (LHC, deutsche Bezeichnung Großer Hadronen-Speicherring)^[1] ist ein Teilchenbeschleuniger am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf. In Bezug auf Energie und Häufigkeit der Teilchenkollisionen ist der LHC der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. An Planung und Bau waren über 10.000 Wissenschaftler und Techniker aus über 100 Ländern beteiligt, es kooperierten hunderte Universitätslehrstühle und Forschungsinstitute. Die maßgebliche Komponente ist ein Synchrotron in einem 26,7 Kilometer langen unterirdischen Ringtunnel, in dem Protonen oder Blei-Kerne gegenläufig auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht werden. Die Experimente am LHC sind daher Colliding-Beam-Experimente.

Forschungsziele des LHC sind die Erzeugung und genaue Untersuchung bekannter und noch unbekannter Elementarteilchen und Materiezustände. Ausgangspunkt ist die Überprüfung des gegenwärtigen Standardmodells der Teilchenphysik. Besonderes Augenmerk liegt daher auf dem Higgs-Boson, dem letzten bei Betriebsbeginn noch nicht experimentell nachgewiesenen Teilchen des Standardmodells. Darüber hinaus soll der LHC der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells dienen, um möglicherweise Antworten auf offene Fragen zu finden. In der Regel werden die Kollisionsexperimente mit Protonen durchgeführt, etwa während eines Monats pro Jahr mit Blei-Ionen. Der Collider besitzt vier Kreuzungspunkte, an denen die beschleunigten Partikel zur Kollision gebracht werden können. Dort befinden sich vier große und zwei kleinere Detektoren, diese registrieren die Spuren der bei den Kollisionen entstandenen Partikel. Durch die große erreichbare Anzahl von Kollisionen pro Sekunde (hohe Luminosität) entstehen enorme Datenmengen. Diese werden mit Hilfe einer ausgeklügelten IT-Infrastruktur vorsortiert. Nur ein kleiner Teil der Daten wird mittels eines eigens aufgebauten, weltumspannenden Computernetzwerks zur Analyse an die beteiligten Institute weitergeleitet.

In den Experimenten wurde ab 2010 ein bisher nicht erreichbarer Energiebereich erschlossen. Ein wesentliches Ergebnis der bisherigen Experimente (Stand: April 2022) ist eine außerordentlich gute Bestätigung des Standardmodells. Mehrere neue Hadronen wurden gefunden, ein Quark-Gluon-Plasma konnte erzeugt werden, und erstmals wurde beim B_s⁰-Meson die CP-Verletzung bei seinem Zerfall in Kaonen und Pionen beobachtet sowie sein extrem seltener Zerfall in zwei Myonen. Auch beim D⁰-Meson gelang der Nachweis einer CP-Verletzung. Als bislang größter Erfolg gilt der experimentelle Nachweis des Higgs-Bosons. Dies führte zur Verleihung des Nobelpreises für Physik 2013 an François Englert und Peter Higgs.^[2]

1. ↑ LHC – Der Große Hadronen-Speicherring. (PDF; 1 MB) CERN – Europäische Organisation für Kernforschung, Juni 2006, abgerufen am 3. August 2013. 
2. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen nobel.