Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)
Weg für bessere ebnen.
Mit ausreichend vielen Daten werden die Experimente bestimmen, welches zugrunde liegende Modell das richtige ist – zumindest auf der Ebene von Präzision, Abstand und Energie, die wir untersuchen können. Wir hegen die Hoffnung, dass die Regeln der zugrunde liegenden Theorie in den kleinsten Skalen, die wir mit den Energien am LHC untersuchen können, einfach genug sein werden, um uns den Einfluss der entsprechenden physikalischen Gesetze ableiten und berechnen zu lassen.
Physiker diskutieren lebhaft darüber, welches die besten Modelle sind, die untersucht werden sollten, und wie sie am besten experimentell nachgewiesen werden können. Ich komme häufig mit experimentierenden Kollegen zusammen und diskutiere mit ihnen darüber, wie sie Modelle am besten als Leitfaden für ihre Forschung verwenden sollten. Sind Bezugspunkte mit bestimmten Parametern in bestimmten Modellen zu spezifisch? Gibt es eine bessere Methode, alle Möglichkeiten abzudecken?
Die Experimente am LHC stellen eine solche Herausforderung dar, dass ohne eindeutige Suchziele die Ergebnisse vom Hintergrund des Standardmodells erdrückt werden. Experimente wurden zwar mit vorhandenen Modellen im Hinterkopf entworfen und optimiert, aber sie suchen auch nach allgemeineren Möglichkeiten. Es ist entscheidend, dass die Experimentalphysiker sich eines großen Spektrums von Modellen bewusst sind, die die möglichen neuen Signaturen umfassen, die auftauchen könnten, da niemand ein Interesse daran besitzt, dass spezifische Modelle die Suche zu stark beeinflussen.
Theoretiker und Experimentalphysiker geben sich große Mühe, um sicherzustellen, dass uns nicht irgendetwas entgeht. Bevor sie nicht experimentell überprüft werden, wissen wir nicht welche der verschiedenen Vorschläge richtig sind. Die vorgeschlagenen Modelle könnten zwar die richtige Beschreibung der Wirklichkeit sein, aber auch, wenn das nicht der Fall ist, legen sie interessante Suchstrategien nahe, die uns Aufschluss über die charakteristischen Merkmale neuer, noch unentdeckter Materie geben. Es besteht die Hoffnung, dass der LHC uns die Antworten geben wird – egal, wie diese aussehen werden –, und darauf wollen wir vorbereitet sein.
Kapitel 16
Das Higgs-Boson
Am Morgen des 30. März 2010 erwartete mich eine Flut von E-Mails über die erfolgreichen Zusammenstöße bei 7 TeV, die am Abend zuvor am CERN stattgefunden hatten. Dieser Triumph leitete den Beginn des wirklichen Physikprogramms am LHC ein. Die Beschleunigung und die Zusammenstöße, die gegen Ende des vorletzten Jahres stattgefunden hatten, waren entscheidende Meilensteine der Technik gewesen. Jene Ereignisse waren für die Experimentalphysiker am LHC deshalb wichtig, weil sie ihre Detektoren schließlich eichen und besser verstehen konnten, wenn sie Daten von echten Zusammenstößen am LHC verwendeten, und nicht nur kosmische Strahlen, die zufällig durch ihre Anlage hindurchgingen. Aber während der nächsten anderthalb Jahre würden die Detektoren am CERN echte Daten aufzeichnen, die die Physiker zur Einschränkung oder Bestätigung ihrer Modelle verwenden könnten. Nach vielen Höhen und Tiefen hatte das Physikprogramm am LHC endlich begonnen.
Der Start verlief fast genau nach Plan – was meinen experimentellen Kollegen zufolge eine gute Sache war, da sie sich tags zuvor besorgt darüber geäußert hatten, dass die Anwesenheit von Reportern die technischen Ziele dieses Tages gefährden könnte. Die Reporter (und alle anderen Anwesenden) waren Zeugen einer Reihe von Fehlstarts – teilweise wegen der hochempfindlichen Schutzmechanismen, die installiert worden waren, um auch schon bei den geringsten Schwierigkeiten einzugreifen. Aber innerhalb weniger Stunden zirkulierten die Strahlen und prallten aufeinander, und Zeitungen und Websites hatten eine Menge schöne Bilder vorzuzeigen.
Die Zusammenstöße bei 7 TeV fanden nur mit der Hälfte der beabsichtigten LHC-Energie statt. Die eigentliche Zielenergie von 14 TeV würde auf einige Jahre hinaus nicht erreicht werden. Und die beabsichtigte Luminosität des Laufs bei 7 TeV – die Anzahl von Protonen, die jede Sekunde zusammenstoßen sollten – war viel geringer, als die Designer ursprünglich geplant hatten. Doch mit diesen Zusammenstößen war am LHC endlich alles auf dem richtigen Weg. Endlich konnten wir davon überzeugt sein, dass unser Verständnis des inneren Wesens der Materie sich bald verbessern würde. Und wenn alles gut
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