Vom LHC zum HiLumi LHC: Cern-Teilchenbeschleuniger wird aufgerüstet

Vor 14 Jahren wurde dort eine der wichtigsten Entdeckungen in der Physik seit Langem gemacht, jetzt ist der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) in Genf für mehrere Jahre geschlossen. Erst 2030 soll der LHC den wissenschaftlichen Betrieb wieder aufnehmen.

Am 29. Juni seien die letzten Experimente der dritten Betriebsphase (Run 3) durchgeführt worden, teilte das Europäische Kernforschungszentrum Cern mit. Dann habe der Long Shutdown 3 (LS3) begonnen, die dritte Stilllegung der Anlage. Wie bei den früheren wird auch beim dritten Shutdown der Beschleuniger überholt und verbessert.

In den kommenden Jahren stehen diverse Arbeiten an, wie Markus Klute, Teilchenphysiker am Karlsruher Institut für Technologie, dem Onlinemagazin Welt der Physik schildert: „Die Detektoren werden erneuert, defekte Teile ausgetauscht, neue Module eingebaut oder auch bessere Magnetspulen eingesetzt.“

Luminosität wird um den Faktor 10 erhöht

Zudem wird der LHC aufgerüstet zum High Luminosity LHC (HiLumi LHC). Luminosität bezeichnet die Zahl der Kollisionen an den Stellen, wo die Teilchenstrahlen aufeinandertreffen. Deren Zahl wird um den Faktor 10 erhöht. Dafür müssen auch die Detektoren verbessert werden, um die Kollisionen nachweisen zu können.

Zudem wird die Kollisionsenergie gesteigert, von 13,6 Teraelektronenvolt in Run 3 auf künftig 14 Teraelektronenvolt. „Die Kollisionsenergie bestimmt, welche Teilchen dabei entstehen können, und die Luminosität, wie viele“, erläutert Klute. „Das ist deshalb entscheidend, weil wir nach seltenen Teilchen oder Ereignissen suchen. Und nur mit großen Datenmengen ist es möglich, diese sicher zu identifizieren.“

„LS3 ist ein riesiges und komplexes logistisches und technisches Vorhaben“, sagt Jean-Philippe Tock, Leiter des LS3-Koordinationsteams am Cern. „Allein im LHC werden 1,2 Kilometer Magnete und Komponenten entfernt und durch neue Teile ersetzt, und im gesamten Komplex sind Dutzende von Projekten geplant, an denen Tausende von Ingenieuren, Physiker Techniker und Hilfspersonal mitarbeiten.“

Schleppender Start und größter Erfolg

Ab 2028 werde der LHC schrittweise wieder in Betrieb genommen, teilte das Cern mit. Der HiLumi LHC soll 2030 einsatzbereit sein. Der Large Hadron Collider ist derzeit der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt. Er wurde 2008 eröffnet, aber nach einer Panne schnell wieder abgeschaltet, sodass der wissenschaftliche Betrieb erst ein Jahr später starten konnte.

Den größten Erfolg verzeichnete die Anlage im Jahr 2012, als die beiden Experimente Atlas und CMS erklärten, das geheimnisvolle Higgs-Boson experimentell nachgewiesen zu haben. Im Jahr darauf erhielt der britische Physiker Peter Higgs, der das Teilchen in den 1960er Jahren vorhersagte, den Physiknobelpreis.

Seit 2014 laufen Planungen für einen Nachfolger, den Future Circular Collider (FCC), der einen Umfang von rund 91 Kilometer haben soll – der LHC kommt auf 27 Kilometer. Technisch ist das Projekt machbar. Eine Entscheidung soll bis 2028 fallen. Allein für die erste Projektphase sollen die Kosten rund 16 Milliarden Euro betragen.

(wpl)