Cern-Shutdown: Der große Teilchenbeschleuniger wird umgebaut
Der riesige Teilchenbeschleuniger LHC am Cern steht ab sofort für mehrere Jahre komplett still. Die internationale Forschergemeinschaft nimmt die lange Zwangspause aber bewusst in Kauf. Ein "Milliarden-Upgrade" bringt künftig die zehnfache Leistung.
Der LHC beschleunigt Protonen mithilfe supraleitender Magnete auf gegenläufigen Kreisbahnen. Die Teilchen erreichen nahezu Lichtgeschwindigkeit, bevor sie in großen Detektoren kollidieren. Bei diesen Zusammenstößen entstehen hochenergetische Elementarteilchen, die schnell zerfallen.
Der bisher bekannteste Erfolg der Anlage war 2012 der Nachweis des Higgs-Bosons. Viele grundlegende Fragen, darunter die genaue Beschaffenheit der Dunklen Materie, sind aber weiter offen.
Für das Upgrade werden auf einer Strecke von 1,2 Kilometern veraltete Teile ersetzt. Geplant ist der Einbau neuer Quadrupolmagnete aus einer Niob-Zinn-Verbindung, die ein um 50 Prozent stärkeres Magnetfeld erzeugen. Der logistische Aufwand ist groß. Allein das Abpumpen der 100 Tonnen flüssigen Heliums dauert einen Monat. Das Gas wird benötigt, um die Magnete auf minus 271 Grad Celsius zu kühlen.
Ein Nebeneffekt der Abschaltung ist die Nutzung der Anlage für die lokale Infrastruktur. Weil bestimmte Systeme weiter gekühlt werden müssen, speist das Cern bis zu fünf Megawatt Abwärme in das regionale Fernwärmenetz ein.
So profitieren umliegende Gemeinden direkt von dem Großprojekt. Der vorübergehende Stillstand vieler Experimente gilt dabei als notwendiger Schritt für die künftigen Messungen.
Nach der Wiederinbetriebnahme soll der modernisierte Beschleuniger bis 2040 laufen. Parallel dazu arbeiten die Forscher bereits an ersten Plänen für den Future Circular Collider. Der vorgesehene Nachfolger mit einem 91 Kilometer langen Tunnel soll noch tiefere Einblicke in den Ursprung des Universums ermöglichen und neue physikalische Phänomene nachweisen.
Was haltet ihr von den teuren Upgrades am Cern? Ist die Grundlagenforschung solche Summen wert oder seht ihr andere Prioritäten? Teilt eure Gedanken gerne in den Kommentaren mit uns!
Siehe auch:
Umbau am Cern gestartet
Ende Juni hat das Europäische Kernforschungszentrum Cern in Genf den Large Hadron Collider, kurz LHC, abgeschaltet. Bis 2030 ruht nun der wissenschaftliche Betrieb in dem 27 Kilometer langen Tunnel. In dieser Zeit wird der Teilchenbeschleuniger für rund eine Milliarde Euro umfassend modernisiert, um künftig noch präzisere Daten über die elementaren Naturgesetze zu liefern.Der LHC beschleunigt Protonen mithilfe supraleitender Magnete auf gegenläufigen Kreisbahnen. Die Teilchen erreichen nahezu Lichtgeschwindigkeit, bevor sie in großen Detektoren kollidieren. Bei diesen Zusammenstößen entstehen hochenergetische Elementarteilchen, die schnell zerfallen.
Der bisher bekannteste Erfolg der Anlage war 2012 der Nachweis des Higgs-Bosons. Viele grundlegende Fragen, darunter die genaue Beschaffenheit der Dunklen Materie, sind aber weiter offen.
Mehr Power für den LHC
Um extrem seltene Zerfallsmechanismen vom üblichen Rauschen zu trennen, benötigen die Forscher größere Datenmengen. Wie heise berichtet, wird die Anlage deshalb zum High-Luminosity-LHC aufgerüstet. Ziel ist es, die Luminosität um den Faktor zehn zu steigern. Künftig sollen damit bis zu acht Milliarden Kollisionen pro Sekunde möglich sein, bisher waren es knapp über zwei Milliarden.Für das Upgrade werden auf einer Strecke von 1,2 Kilometern veraltete Teile ersetzt. Geplant ist der Einbau neuer Quadrupolmagnete aus einer Niob-Zinn-Verbindung, die ein um 50 Prozent stärkeres Magnetfeld erzeugen. Der logistische Aufwand ist groß. Allein das Abpumpen der 100 Tonnen flüssigen Heliums dauert einen Monat. Das Gas wird benötigt, um die Magnete auf minus 271 Grad Celsius zu kühlen.
Ein Nebeneffekt der Abschaltung ist die Nutzung der Anlage für die lokale Infrastruktur. Weil bestimmte Systeme weiter gekühlt werden müssen, speist das Cern bis zu fünf Megawatt Abwärme in das regionale Fernwärmenetz ein.
So profitieren umliegende Gemeinden direkt von dem Großprojekt. Der vorübergehende Stillstand vieler Experimente gilt dabei als notwendiger Schritt für die künftigen Messungen.
Nach der Wiederinbetriebnahme soll der modernisierte Beschleuniger bis 2040 laufen. Parallel dazu arbeiten die Forscher bereits an ersten Plänen für den Future Circular Collider. Der vorgesehene Nachfolger mit einem 91 Kilometer langen Tunnel soll noch tiefere Einblicke in den Ursprung des Universums ermöglichen und neue physikalische Phänomene nachweisen.
Was haltet ihr von den teuren Upgrades am Cern? Ist die Grundlagenforschung solche Summen wert oder seht ihr andere Prioritäten? Teilt eure Gedanken gerne in den Kommentaren mit uns!
Warum steht der LHC jetzt still?
Der weltgrößte Teilchenbeschleuniger am Cern befindet sich im sogenannten "Long Shutdown 3" (LS3). Diese geplante Pause ist notwendig, um die Anlage in einem 27 Kilometer langen Tunnel umfassend zu warten und aufzurüsten.
Für IT-Profis ist das Prinzip vertraut: Um die Hardware für künftige Anforderungen fit zu machen, braucht es Downtime. Das Projekt kostet rund eine Milliarde Euro und umfasst den Austausch von 1,2 Kilometern an Magneten und Komponenten.
Für IT-Profis ist das Prinzip vertraut: Um die Hardware für künftige Anforderungen fit zu machen, braucht es Downtime. Das Projekt kostet rund eine Milliarde Euro und umfasst den Austausch von 1,2 Kilometern an Magneten und Komponenten.
Was bringt das HiLumi-Upgrade?
Der Beschleuniger wird zum High-Luminosity-LHC (HiLumi LHC) umgebaut. Ziel ist es, die sogenannte Luminosität drastisch zu erhöhen. Die Zahl der Teilchenkollisionen soll dabei um den Faktor zehn steigen.
Konkret bedeutet das einen Sprung von 2,4 Milliarden auf bis zu acht Milliarden Kollisionen pro Sekunde. Für die Datenanalyse heißt das: Es werden massiv mehr Rohdaten generiert, um extrem seltene physikalische Phänomene statistisch sicher erfassen zu können.
Konkret bedeutet das einen Sprung von 2,4 Milliarden auf bis zu acht Milliarden Kollisionen pro Sekunde. Für die Datenanalyse heißt das: Es werden massiv mehr Rohdaten generiert, um extrem seltene physikalische Phänomene statistisch sicher erfassen zu können.
Was passiert mit der Infrastruktur?
Der Umbau ist eine logistische Meisterleistung. Um an den Systemen arbeiten zu können, müssen beispielsweise rund 100 Tonnen flüssiges Helium abgepumpt werden. Dieser Vorgang allein nimmt mindestens einen Monat in Anspruch.
Da das Cern nicht über ausreichend eigene Lagerkapazitäten verfügt, wird das Kühlmittel an externe Firmen abgegeben. Zudem werden neue supraleitende Quadrupolmagnete aus Niob und Zinn installiert, die ein um 50 Prozent stärkeres Magnetfeld erzeugen.
Da das Cern nicht über ausreichend eigene Lagerkapazitäten verfügt, wird das Kühlmittel an externe Firmen abgegeben. Zudem werden neue supraleitende Quadrupolmagnete aus Niob und Zinn installiert, die ein um 50 Prozent stärkeres Magnetfeld erzeugen.
Wonach suchen die Forscher genau?
2012 wurde am Cern das berühmte Higgs-Boson nachgewiesen, was eine Lücke im Standardmodell der Teilchenphysik schloss. Allerdings war die gemessene Masse des Teilchens geringer, als es theoretische Modelle vorhergesagt hatten.
Es hieße, dass möglicherweise nicht nur ein, sondern gleich fünf verschiedene Higgs-Bosonen existieren könnten. Um diese extrem seltenen Zerfallsprozesse vom "Hintergrundrauschen" zu trennen, benötigen die Forscher die durch das Upgrade gewonnene Datenmenge.
Es hieße, dass möglicherweise nicht nur ein, sondern gleich fünf verschiedene Higgs-Bosonen existieren könnten. Um diese extrem seltenen Zerfallsprozesse vom "Hintergrundrauschen" zu trennen, benötigen die Forscher die durch das Upgrade gewonnene Datenmenge.
Was ist für die Zukunft geplant?
Da der aktuelle LHC um das Jahr 2040 sein endgültiges Lebensende (End of Life) erreichen wird, laufen bereits seit 2014 die Planungen für ein Nachfolgesystem. Die Dimensionen dieses neuen Projekts sind gigantisch.
Der sogenannte Future Circular Collider (FCC) soll einen Umfang von 91 Kilometern haben. Technisch gilt das Projekt als machbar, eine finale Entscheidung soll bis 2028 fallen. Die Kosten für die erste Phase lägen laut Schätzungen bei rund 16 Milliarden Euro.
Der sogenannte Future Circular Collider (FCC) soll einen Umfang von 91 Kilometern haben. Technisch gilt das Projekt als machbar, eine finale Entscheidung soll bis 2028 fallen. Die Kosten für die erste Phase lägen laut Schätzungen bei rund 16 Milliarden Euro.
Zusammenfassung
- LHC zur umfassenden Modernisierung bis 2030 abgeschaltet
- Für eine Milliarde Euro erfolgt ein Upgrade
- Die Anlage wird zum High Luminosity LHC ausgebaut
- Leistungsstarke Magnete ersetzen veraltete Komponenten im Tunnel
- Während des Umbaus speist das Cern Abwärme in das regionale Fernwärmenetz
- Nach Wiederinbetriebnahme soll der modernisierte Beschleuniger bis 2040 in Betrieb sein
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