Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

vorstellen, das uns ermöglicht, Teilchen und Kräfte auf unglaublich kleinen Skalen zu untersuchen – von etwa einem Zehntausendstel eines Billionstel Millimeters.
    Der LHC erreicht diese winzigen Abtastungen, indem er Teilchenkollisionen mit höheren Energien produziert, als je zuvor auf der Erde erreicht wurden – bis zum Siebenfachen der Energie des bisher energiereichsten Teilchenbeschleunigers, des Tevatrons in Batavia, Illinois. Wie in Kapitel 6 erklärt wurde, sagt uns die Quantenmechanik und deren Beschreibung von Wellen, dass diese Energien für die Untersuchung dieser kleinen Abstände notwendig sind. Und neben der höheren Energie wird die Intensität fünfzigmal höher als beim Tevatron sein, wodurch die Entdeckung der seltenen Ereignisse, die die inneren Vorgänge der Natur enthüllen, umso wahrscheinlicher wird.
    Trotz meiner Abneigung gegen Übertreibungen gehört der LHC zu einer Welt, die nur mit Superlativen beschrieben werden kann. Er ist nicht einfach nur groß: Der LHC ist die größte Maschine, die je gebaut wurde. Er ist nicht einfach nur kalt: Die Temperatur von 1,9 Kelvin (1,9 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt), die für das Funktionieren der supraleitenden Magnete notwendig ist, ist die kälteste ausgedehnte Region, die wir im Universum kennen – sogar noch kälter als der Weltraum. Das Magnetfeld ist nicht einfach nur stark: Die supraleitenden Dipolmagnete, die ein Magnetfeld erzeugen, das mehr als hunderttausendmal stärker ist als das der Erde, sind die stärksten Magnete, die jemals industriell hergestellt wurden.
    Und das ist noch nicht das Ende der Extreme. Das Vakuum im Innern der Röhren, in denen sich die Protonen bewegen, beträgt eine zehn Billionstel Atmosphäre und ist das vollkommenste Vakuum in dem größten Volumen, das je hergestellt wurde. Die Energie der Zusammenstöße ist die höchste, die je auf der Erde erzeugt wurde, und ermöglicht uns, die Wechselwirkungen zu untersuchen, die in der fernsten Vergangenheit im frühen Universum auftraten.
    Der LHC speichert außerdem riesige Mengen von Energie. Das Magnetfeld selbst speichert einen Betrag, der äquivalent zu einigen Tonnen TNT ist, während die Strahlen etwa ein Zehntel davon speichern. Diese Energie ist in einem Milliardstel Gramm Materie gespeichert, einem bloßen submikroskopischen Materie-Schmutzfleck unter gewöhnlichen Bedingungen. Wenn die Maschine mit dem Strahl fertig ist, wird diese enorm konzentrierte Energie in einen acht Meter langen und einen Meter breiten Graphitverbund-Zylinder entladen, der von Tausend Tonnen Beton ummantelt ist.
    Die Extreme, die am LHC erreicht werden, bringen die Technik an ihre Grenzen. Sie sind nicht billig zu haben, und die Superlative steigern die Kosten. Das Neun-Milliarden-Preisschild des LHC macht ihn auch zur teuersten Maschine, die je gebaut wurde. Das CERN bezahlte etwa zwei Drittel der Kosten der Maschine, wobei die 20 Mitgliedsstaaten des CERN ihren finanziellen Mitteln entsprechend zum CERN-Budget beitrugen, was von 20 Prozent (Deutschland) bis 0,2 Prozent (Bulgarien) reichte. Der Rest wurde von Nichtmitgliedsstaaten bezahlt, u.a. von den Vereinigten Staaten, Japan und Kanada. 2008, als die Maschine im Wesentlichen fertiggestellt wurde, arbeiteten mehr als tausend Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten an CMS und ATLAS, und die USA hatten 531 Millionen Dollar zum LHC-Betrieb beigesteuert.
    Die Anfänge des LHC
    Das CERN, das den LHC beherbergt, ist eine Forschungseinrichtung, in der viele Forschungsprogramme gleichzeitig realisiert werden. Die Ressourcen des CERN sind jedoch im Allgemeinen in einem einzigen Vorzeigeprogramm konzentriert. In den 1980er Jahren war dieses Programm der SpbarpS -Beschleuniger, [37]   der die Kraftaustauschteilchen entdeckte, die für das Standardmodell der Elementarteilchenphysik wesentlich sind. Die brillanten Experimente, die dort 1983 stattfanden, entdeckten die schwachen Eichbosonen – die beiden geladenen W -Bosonen und das neutrale Z -Boson, die die schwache Kraft vermitteln. Diese waren damals die wichtigsten fehlenden Bestandteile des Standardmodells, und ihre Entdeckung brachte den Leitern des Beschleunigerprojekts den Nobelpreis ein.
    Während der SpbarpS in Betrieb war, planten Wissenschaftler und Ingenieure jedoch bereits einen Beschleuniger, der als LEP bezeichnet wurde und der Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, kollidieren lassen würde, um die schwachen Wechselwirkungen und das