- Der weltweit leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger LHC hat seinen letzten Physikbetrieb abgeschlossen, und CERN geht in den Long Shutdown 3 (LS3) zur Vorbereitung auf den High-Luminosity LHC
- Die seit dem ersten Umlauf eines Strahls im Jahr 2008 in Runs 1–3 gesammelten Daten führten zu wichtigen Erfolgen wie der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 und der Entdeckung von mehr als 85 Hadronen
- Der für den Betriebsstart 2030 geplante HiLumi LHC soll die Luminosität gegenüber dem ursprünglichen Design um bis zu das 10-Fache erhöhen und damit Präzisionsstudien des Higgs-Bosons sowie die Suche jenseits des Standardmodells stärken
- Während LS3 stellen Tausende Fachleute den LHC, die Injektoren und die Experimente auf die HiLumi-Version um; allein im LHC werden 1,2 km Magnete und Komponenten entfernt und ersetzt
- ATLAS und CMS müssen deutlich mehr Kollisionen und mehr als 5 Milliarden Wechselwirkungen pro Sekunde verarbeiten, weshalb Trigger- und Detektortechnologien umfassend verändert werden müssen
Ende des LHC-Betriebs und Übergang zu LS3
- Der LHC wurde nach dem letzten Physikbetrieb abgeschaltet, und CERN hat den Long Shutdown 3 (LS3) begonnen
- LS3 ist ein umfangreiches Programm aus Wartung, Verstärkung, Upgrades und Installationsarbeiten, das das Labor auf die Phase des High-Luminosity LHC vorbereitet
- Der LHC ließ im September 2008 erstmals einen Strahl umlaufen und lieferte 2009 die ersten Protonenkollisionen
- In den drei Betriebsperioden Runs 1–3 stellte er den Experimenten beispiellose Datenmengen bereit
Wissenschaftliche und technische Errungenschaften des LHC
- Das bekannteste Ergebnis ist die am 4. Juli 2012 von den ATLAS- und CMS-Collaborations bekannt gegebene Entdeckung des Higgs-Bosons
- Diese Entdeckung bestätigte einen Mechanismus, der fast ein halbes Jahrhundert zuvor vorgeschlagen worden war
- Auch nach dem Higgs-Boson brachte der LHC Fortschritte in mehreren Bereichen
- Entdeckung von mehr als 85 Hadronen
- Festlegung von Ausschlussgrenzen für die Entdeckung neuer Teilchen
- Untersuchung des Ungleichgewichts zwischen Materie und Antimaterie
- Erforschung der Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas
- Messungen mit wichtigen Implikationen für die Astrophysik
- Neben den wissenschaftlichen Ergebnissen trieb er Fortschritte in der Beschleunigerwissenschaft, Supraleitungstechnologie, im Computing und in der internationalen Zusammenarbeit voran
Ziele und Zeitplan des HiLumi LHC
- Der Betriebsstart des HiLumi LHC ist für 2030 geplant
- Die Luminosität des Kolliders soll gegenüber dem ursprünglichen Design um bis zu das 10-Fache erhöht werden
- Größere Datensätze ermöglichen es, das Higgs-Boson präziser zu untersuchen
- Auch die Chance steigt, Phänomene jenseits des Standardmodells zu entdecken
- CERN schließt die bisherige LHC-Betriebsphase ab und tritt in einen Wendepunkt auf dem Weg zum HiLumi LHC ein
Umfang der Ingenieurarbeiten in LS3
- LS3 ist der umfassendste Eingriff in den CERN-Beschleunigerkomplex seit dem Bau des LHC
- Bis 2030 werden Tausende Fachleute von CERN und Partnerinstitutionen weltweit beteiligt sein
- Die Arbeiten betreffen den LHC, die Injektoren und die Experimente; sie werden auf die HiLumi-Version umgestellt
- Auch im gesamten Beschleunigerkomplex und in den experimentellen Einrichtungen laufen wichtige Sanierungsprojekte
- Verstärkung der SPS North Area
- Rückbau der CNGS target area
- Umwandlung von ECN3 in eine hochintensive fixed-target facility
- Modernisierung der ISOLDE-Anlage
- Verstärkung von Personensicherheitssystemen, Stromnetz und technischen Galerien
- Im LHC werden 1,2 km Magnete und Komponenten entfernt und durch neue Ausrüstung ersetzt
Upgrades für ATLAS und CMS
- Die Experimente ATLAS und CMS in den LHC-Kavernen werden umfassend aufgerüstet und praktisch zu neuen Detektoren umgebaut
- Um die Leistungsfähigkeit des HiLumi LHC zu nutzen, müssen sie bei jedem bunch crossing 140 bis 200 Proton-Proton-Kollisionen verarbeiten
- In der letzten LHC-Betriebsperiode lag dieser Wert bei etwa 60
- Beide Experimente müssen aus mehr als 5 Milliarden Wechselwirkungen pro Sekunde jene Kollisionen identifizieren und auswählen, die für Analysen besonders wertvoll sind
- Dafür ersetzen ATLAS und CMS ihre Trigger-Systeme, die zusätzliche Ereignisse für die Analyse auswählen, vollständig
- Zudem werden neue Detektortechnologien eingeführt
- All-silicon tracking system mit Milliarden von readout channels, deutlich mehr als bei den aktuellen Detektoren
- Hochpräzise timing detector mit einer Auflösung von wenigen Dutzend Pikosekunden
- Neues calorimeter system, das mit Megahertz-Geschwindigkeit arbeiten kann
Forschung und Wiederinbetriebnahme in der strahlfreien Zeit
- Während LS3 zirkulieren keine Teilchenstrahlen
- Tausende Forschende analysieren weiterhin die gewaltigen Datensätze aus der LHC-Ära und gewinnen neue physikalische Ergebnisse daraus
- Gleichzeitig bereiten sie die Geräte auf kommende experimentelle Aufgaben vor
- Der Beschleunigerkomplex soll ab 2028 schrittweise wieder in Betrieb gehen
- Der HiLumi LHC wird auf dem Erbe des LHC aufbauen, eine neue Phase der Hochenergiephysik eröffnen und die Möglichkeit bieten, das Universum und grundlegende wissenschaftliche Fragen noch tiefer zu erforschen
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Ich habe während der letzten längeren Stillstandsphase die CERN Open Days besucht; das war eine seltene Gelegenheit, bei der Besucher in den LHC hinein konnten.
Wir sind etwa 500 m entlang der Beamline gelaufen, und obwohl es so viele Schutzvorrichtungen gibt, war der Strahl selbst erstaunlich klein.
Der Moment, in dem ich im Inneren von LHCb stand, war einer der Augenblicke, in denen ich Wissenschaft und Technik am ehrfürchtigsten wahrgenommen habe; auf Fotos kommt das überhaupt nicht rüber.
Unter der Erde steht ein ganzes mehrstöckiges Gebäude, das von Kabeln und Sensoren überzogen ist, und die Erfahrung, direkt in der größten von Menschen gebauten Maschine zu stehen, lässt sich schwer in Worte fassen.
Die Menge an Überlegung und Planung, die darin steckt, ist enorm, und die CERN-Mitarbeiter haben alles sehr freundlich erklärt.
Wenn man die Möglichkeit hat, dorthin zu gehen, würde ich besonders eine Führung empfehlen und den Besuch auf die jährlichen Open Days legen.
Von innen betrachtet ist es nicht ganz so ideal, wie sich Fachfremde das vielleicht vorstellen.
Es gibt die üblichen Machtstrukturen der akademischen Welt, Doktoranden und Postdocs werden statt für unabhängige Forschung für Service- und Technikarbeiten eingesetzt, und Forschende müssen sich oft mehr um symbolische Rollen und politische Faktoren kümmern als um tatsächliche Forschung.
Ich habe mich gefragt, ob das Karrieremodell PhD→Postdoc→Tenure→Professor wirklich dazu dient, echte Expertise hervorzubringen, oder eher das Gegenteil.
Es hat mich sehr frustriert, dass moderne Teilchenphysikforschung nahezu identische Papers produziert und außer dem Erhöhen des h-index, um eine Festanstellung zu bekommen, wissenschaftlich nur geringe Wirkung hat.
Heute bin ich in der IT-Branche und es ist deutlich besser, aber die Forschung am CERN war letztlich eine großartige Erfahrung, aus der ich viel gelernt habe.
Der Tourguide sagte, dass trotz Untersuchungen durch herausragende Leute die eigentliche Ursache unbekannt sei, und leider konnte ich zu diesem Thema online keine Materialien finden.
Das 10,4-m-Teleskop ist so groß, dass man es kaum vollständig auf ein Foto bekommt, und es war schön, diese Ehrfurcht direkt zu erleben.
Es war nicht damit zu vergleichen, neben einer Anlage zu stehen, die tatsächlich fertiggestellt wurde und Wissenschaft betrieben hat, aber es waren Abschnitte der Beam Tubes mit verschiedenen Instrumenten und Magneten ausgestellt, und es gab auch Sommerpraktikanten.
Noch bevor ich mich bewerben konnte, strich der Kongress die Finanzierung, und damals begriff ich zum ersten Mal, wie Politik in der Wissenschaft funktioniert; meine kindliche Vorstellung davon, wie die Dinge laufen, zerbrach.
Es war eine wirklich riesige Anlage, und damals beeindruckten mich besonders das mehrstufige Datenerfassungssystem und das Detektor-Rechenzentrum, die dafür ausgelegt waren, innerhalb von Sekundenbruchteilen Terabytes an Daten zu sammeln.
Auch das zentrale Rechenzentrum mit einem der europäischen Internet-Backbones und die Datensilos waren beeindruckend.
Für damalige Verhältnisse waren Rechenleistung und Speicherkapazität kaum vorstellbar, aber heute sind Daten- und Rechendichte stark gestiegen, sodass dieselben Zahlen wohl weniger eindrucksvoll wirken würden.
Ich frage mich, ob die Einstellung des Superconducting Super Collider für die Wissenschaft insgesamt ein Nettogewinn oder ein Verlust war.
Wäre er fertiggestellt worden, hätte er eine fast dreimal höhere Strahlenergie gehabt als der 2030 aufgerüstete LHC (20 TeV gegenüber 7 TeV).
Die Kernfrage war aber nicht wissenschaftlich, sondern politisch.
Hätten Betrieb und Budget des SSC die US-Wirtschaftskrisen von 2001, 2008 und 2020 überstanden?
Man kann sich auch eine Zeitlinie vorstellen, in der der SSC zuerst das Higgs-Boson entdeckt, der LHC gestrichen, verzögert oder unterfinanziert wird und dann während der Großen Rezession 2008 oder der Sparpolitik der US-Regierung sogar der SSC geschlossen wird.
Dann hätten wir heute vielleicht weder den SSC noch den LHC.
Umgekehrt hätte der SSC andere Entdeckungen um 10 bis 15 Jahre vorziehen können.
Die Inbetriebnahme des SSC war für die späten 1990er-Jahre geplant, die Higgs-Entdeckung am LHC erfolgte 2012.
Und für die Wissenschaft insgesamt könnte es ein Vorteil gewesen sein, dass Ressourcen aus der grundlegenden Teilchenphysik in andere Bereiche verlagert wurden.
Der Titel wirkt etwas übertrieben.
Man verabschiedet sich nicht vom LHC, sondern nimmt ein Upgrade um den Faktor 10 vor.
„Sie geben den LHC auf? Warum habe ich von so einer großen Nachricht nichts gehört?“ dachte ich, aber es stellte sich heraus, dass der Titel völlig irreführend war.
Dort hieß es sinngemäß, man habe die Wahrheit des Universums entdeckt, etwa Gott oder Außerirdische, und sei so verängstigt, dass man die Wissenschaft aufgebe und sich auf die unvermeidlich ans Licht kommende „Wahrheit“ vorbereite.
Da vertrauenswürdige Informationsquellen so offensichtlich mit falschem Unsinn gefüllt sind, ist es nicht überraschend, dass die Gesellschaft im Kern verdummt.
Ich freue mich auf den Tag, an dem der LHC wieder anläuft, kleine Teilchen wie bei einem kosmischen Demolition Derby im Kreis herumschickt, die kleinsten Bausteine der Realität findet und ihnen ausgefallene Namen gibt.
Ich habe CERN letzten Juli besucht und hatte das Glück, in eine Gruppenführung hineinzukommen.
Der Tourguide war ein Postdoc-Forscher und sagte, dass man bei normalen Führungen nur während der langen Stillstandsphasen mit dem Aufzug hinunterfahren könne.
Daher könnte jetzt, wo die Arbeiten am LHC laufen, die beste Zeit für eine Tour sein, und ich überlege, noch einmal hinzugehen.
Auch wenn man nicht hinunterkommt, war die Führung hervorragend.
Man konnte 70 Jahre Geschichte, frühe Teilchenbeschleuniger-Ausrüstung und den Blick in den ATLAS-Kontrollraum sehen; die Anlage ist ehrfurchtgebietend und wirkte wie ein Beleg für Europas langfristiges Engagement für wissenschaftliche Forschung im öffentlichen Interesse.
Als Student habe ich während des ersten Long Shutdown einen winzigen Beitrag zur Forschung am ATLAS insertable B layer geleistet
In den drei Jahren konnten alle Detektoren deutlich aufgerüstet werden, und ich bin gespannt, wie das aktuelle System während dieses Shutdowns aufgerüstet wird
Das ITK von ATLAS klingt im Vergleich zum insertable B layer geradezu völlig verrückt
Die Zahl der Kanäle steigt von 8 Millionen auf 5 Milliarden
Ich habe mich gefragt, ob ITKpix den T3MAPs-CMOS- oder FEI4-Sensoren, mit denen wir gearbeitet haben, auch nur ein wenig ähnelt; nach kurzem Nachsehen ist es ziemlich anders und wirklich cool: https://cds.cern.ch/record/2928802/files/ATL-ITK-PROC-2025-0...
Ich habe neulich gelesen, dass CERN inzwischen mehr als 1 Exabyte Kollisionsdaten speichert
Das ist ein Anstieg gegenüber den 600 PB beim letzten Long Shutdown: https://information-technology.web.cern.ch/sites/default/fil...
Ziemlich beeindruckend
Ich finde die Tippfehler, die es gelegentlich in offizielle Dokumente geschafft haben, immer noch lustig
https://www.google.com/search?q=site%3Acern.ch+%22large+hard...
Als jemand, der Anfang der 2000er ein wenig zu ATLAS TDAQ/HLT beigetragen hat, ist es ein seltsames Gefühl zu sehen, wie die nächste Stufe Gestalt annimmt
Für alle, die gern einen besonderen Besuch machen möchten, ist jetzt ein guter Zeitpunkt
Der Long Shutdown ist die einzige Gelegenheit, viele Orte zu besichtigen, die sonst nicht zugänglich sind
Offiziell bestätigt ist es noch nicht, aber es sieht so aus, als werde es nach dem nächsten Sommer wieder Open Days wie 2019 geben
Der Zeitraum ist kurz, aber für einige Tage ist der Zugang zu fast allem möglich, einschließlich des Abstiegs in den LHC-Tunnel, und darüber hinaus gibt es noch absurd viele spannende Orte
Auch währenddessen laufen die Dauerausstellungen und Führungen weiter; wer Interesse hat, kann vorbeikommen und großartige Wissenschaft anschauen
Wissenschaft, die mit euren Steuern geschaffen wurde