Zwei Jahre dauerten die Vorbereitungsarbeiten, um den Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Kernforschungszentrum CERN wieder in Betrieb zu nehmen. Zu Ostern war es nun soweit: Im Teilchenbeschleuniger LHC, mit dem zuletzt die Existenz des Higgs-Bosons nachgewiesen werden konnte, zirkulierten wieder zwei Strahlen von Protonen. Dabei beobachtete das "Compact Muon Solenoid" (CMS), eines der zwei großen Experimente am LHC, an dem auch das ÖAW-Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) beteiligt ist, bereits erste Kollisionen zwischen Protonen.
Die bisher letzten Kollisionen im LHC wurden im Jahr 2012 aufgezeichnet, die Analyse der dabei gewonnenen Daten bestätigte unter anderem die Existenz des "Gottesteilchens" Higgs-Boson. In den Jahren 2013 und 2014 wurde der Beschleuniger für den Betrieb bei höheren Strahlenergien – und entsprechend höheren Strömen in den supraleitenden Magneten – vorbereitet. Das CMS-Experiment nützte diese Zeit für Wartungs- und Verbesserungsarbeiten an verschiedenen Detektorelementen und der Datenerfassung. Das Triggersystem, das interessante Kollisionen für die weitere Auswertung auswählt, wurde von HEPHY modernisiert und für den Betrieb bei höheren Kollisionsraten vorbereitet.
Rückkehr des Protonstrahls
In den letzten Monaten wurden die LHC-Magnete wieder auf die Betriebstemperatur von etwa -271°C abgekühlt. Am Ostersonntag traten die Vorbereitungsarbeiten in eine entscheidende Phase ein: zum ersten Mal seit zwei Jahren wurde ein Protonstrahl wieder in den LHC eingeleitet. Bei jeder Wiederholung dieses Vorgangs wurden die Protonen einen Sektor (1/8 des Umfangs, d.h. etwa 3 Kilometer) weitergeleitet, bis zum vollen Umlauf der Teilchen im Beschleuniger. Dabei wurden auch wiederholt “splashes” für das CMS Experiment erzeugt: dabei werden die Protonen auf ein Hindernis knapp vor dem Experiment geleitet. Die dabei entstehenden Sekundärteilchen “besprühen” den Detektor und werden von vielen Detektorelementen gleichzeitig registriert. Mit dieser Technik können die verschiedenen Teile von CMS untereinander und mit dem Beschleuniger synchronisiert werden.
Die Rückkehr der Strahlen in den LHC ist ein wichtiger Schritt zur Wiederaufnahme des Physikbetriebes, dem im kommenden Monat viele weitere folgen: vor allem die Beschleunigung der Protonen auf die neue Rekordenergie von 6.5 Tera-Elektronenvolt. „Die Physiker des CMS-Experiments erwarten mit Ungeduld die ersten Proton-Proton Kollisionen bei dieser Energie“, sagt Wolfgang Adam, leitender Wissenschafter am HEPHY. „Die Beobachtung von Proton-Proton-Kollisionen bei dieser Energie wird die genauere Messung der Eigenschaften des Higgs-Bosons ermöglichen und uns der Antwort nach fundamentalen Fragen, wie der nach dem Ursprung der dunklen Materie im Universum, näherbringen.“
Proton-Proton-Kollisionen bei diesen bisher unerreichten Energien werden erst in den nächsten Monaten erwartet. Die ersten Ergebnisse aus diesen Kollisionen werden bei der Tagung der Europäischen Physikalischen Gesellschaft (http://eps-hep2015.eu) präsentiert. Diese Konferenz findet vom 22. - 29. Juli erstmalig in Wien statt und wird die größte Konferenz im Bereich der Teilchenphysik in diesem Jahr sein. Die Konferenz wird vom Institut für Hochenergiephysik gemeinsam mit der Universität Wien, der Technischen Universität Wien und dem Stefan-Meyer-Institut der ÖAW organisiert.
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