Der Large Hadron Collider (LHC) am Forschungszentrum CERN ist der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt. In zwei gegenläufigen Ringen werden Protonen auf 99,99% der Lichtgeschwindigkeit gebracht. Wo die Protonenstrahlen sich kreuzen, kommt es zu Zusammenstößen – etwa 40 Millionen Mal pro Sekunde.
In jeder Kollision entsteht eine Vielzahl von Teilchen, die möglichst genau vermessen werden sollen. Dazu nutzen Wissenschaftler:innen unter anderem ATLAS, den größten Teilchendetektor der Welt. Er ist wie eine Zwiebel aufgebaut – mit vielen Teilchensensoren in verschiedenen Schichten.
Der LHC Speicherring. Umfang 27 km. Im Inneren einer der kältesten (-271°C) und leersten (10-13 bar) Orte im Universum.
Der ATLAS Detektor. Das Myon-System ist farblich hervorgehoben: Detektoren (blau) Magnetfeldspulen (orange). Myonen durchqueren als einzige den gesamten Detektor.
Ein Experiment zur bildhaften Darstellung der Ablenkung von Metallkugeln an Objekten unterschiedlicher Form. Man nennt dies klassische Streuung. Die Kugeln treffen auf ein Objekt aus Plastik mit achteckiger, kreisförmiger oder dreieckiger Grundfläche. Sie werden über eine Rampe beschleunigt und nach mehreren Durchgängen kann man eine Verteilung der Kugeln beobachten, die von dem Objekt im Streuzentrum abhängig ist.
Ansicht eines Higgs-Zerfall in 4 Myonen. Die blauen Linien sind die rekonstruierten Myonen, die grünen Boxen die Detektoren, in denen die Myonen gemessen wurden.
Masse von 4 Leptonen (Elektronen oder Myonen). Der Beitrag vom Higgs-Zerfall bei 125 GeV ist in den Daten (Punkte) klar erkennbar.
Die Art von Materie, die wir kennen, macht nur etwa 15 Prozent aller Materie in unserem Universum aus.
Der Rest ist die unbekannte „Dunkle Materie“. Um deren Struktur zu verstehen, suchen Forschende weiter nach neuen Elementarteilchen: supersymmetrische Teilchen oder Leptoquarks, die bisher nur theoretisch vorhergesagt, aber noch nicht gefunden wurden.
Neue Erkenntnisse erwartet man auch aus dem Vergleich von verfeinerten theoretischen Vorhersagen mit neuen, noch präziseren Messungen.
Beispiel einer Strahlungskorrektur zu Higgsproduktion und -zerfall.
Astronomische Messungen, wie hier des „Bullet Clusters“, beweisen die Existenz von „Dunkler Materie“, die sich nur durch ihre Masse bemerkbar macht.
