De gréisste Beschleuniger vun der Welt geet bal véier Joer aus dem Verkéier

Iergendwann am Juli leeën d'Ingenieuren um CERN dat mächtegst Forschungsinstrument vun Europa roueg. No enger leschter, zesummegedréckter Ronn vu Protoune-Kollisioune geet de Large Hadron Collider — dee 27 Kilometer laange Rank, deen ongeféier 100 Meter ënner der Äerd op der franséisch-schwäizerescher Grenz bei Genf léit — fir bal véier Joer aus dem Betrib. Et ass déi déifgräifendst Paus an der Geschicht vun der Maschinn, an d'Laboratoire setzt se op eng vun de schwéiersten Froe vun der Physik.

D'Ofschalten mécht de Wee fräi fir den High-Luminosity LHC (HL-LHC), en ëmfaassende Modernisatiounsprojet, dee virgesäit, den Daten-Output vum Beschleuniger ëm ongeféier de Faktor zéng ze multiplizéieren. Et geet net ëm e méi staarke Strahl, mä ëm e vill méi intensiven: vill méi Kollisiounen, méi fein opgezeechent, fir datt d'Physiker den Higgs-Boson nach méi genau ënnersiche kënnen a rar Phenomener nogoe kënnen, déi déi haiteg Maschinn ze seele produzéiert. Doënner och méiglech Spueren vun der donkeler Matière, déi onsiichtbar Substanz, déi den allergréissten Deel vun der Mass am Universum ausmaache soll.

"Ech mengen, et ass net méiglech, d'Wichtegkeet an d'Begeeschterung iwwer den High-Luminosity LHC ze iwwerdreiwen — et ass dee gréisste Projet, deen de CERN an de leschten 20 Joer ënnerholl huet", sot den CERN-Generaldirekter Mark Thomson, wéi d'Laboratoire am Februar mat de Komplettsystemtester vun der neier Hardware ugefaang huet.

Eng kuerz, intensiv Ronn — duerno bleift et donkel

Déi aktuell Betribsphase, bekannt als Run 3, gouf bis Juli 2026 verlängert, fir nach eng lescht Partie Daten erauszehuelen, ier d'Maschinn opgemaach gëtt. De CERN beschreift dës Saison als kuerz, mä intensiv. Soubal se eriwwer ass, fänkt den drëtte laange Shutdown (LS3) vum Laboratoire un.

Den Zäitplang ass gerutscht. De LS3 fänkt elo ongeféier siwen an en halleft Méint méi spéit un wéi ufanks geplangt, an de Shutdown selwer ass ëm ongeféier véier Méint verlängert ginn. Doduerch ass den Neustart vum opgerëschte Beschleuniger — Run 4 — elo fir Juni 2030 virgesinn, ongeféier ee Joer méi spéit wéi am viregte Plang. D'Aarbechten un der Kette vun den Injektor-Beschleuniger fänken am September 2026 un, mat engem stafelweisen Neustart vum Betrib am Joer 2028.

D'Decisioun, den Ufank vum HL-LHC ëm ongeféier ee Joer ze verréckelen an d'Dauer vum Shutdown ze verlängeren, spigelt e Konsens erëm, deen vun eise wëssenschaftleche Comitéë gedroe gëtt.

Dës Aschätzung koum vum Mike Lamont, dem CERN-Direkter fir Beschleuniger an Technologie. D'Verspéidung, esou de CERN an d'Fachzäitschrëft CERN Courier, läit haaptsächlech un der Schwieregkeet, déi nei Generatioun vun den ATLAS- a CMS-Detekteren ze bauen — gewalteg Upgrades vun den Tracker a Kalorimeter vun den Experimenter, déi d'Zäitreserv opgefriess hunn. Dobäi koumen d'Stéierunge vun der Covid-19-Pandemie, d'Konsequenze vum russeschen Iwwerfall op d'Ukrain an Déifbau-Aarbechten, fir nei ënnerierdesch Galerien un den Tunnel unzeschléissen.

Wat den Ëmbau wierklech ännert

Nëmmen ongeféier 1,2 Kilometer vum 27-Kilometer-Rank ginn nei gebaut, mä déi nei Komponenten gehéieren zum Anspruchsvollsten, wat d'Laboratoire jeemools ugepaakt huet. Ronderëm déi zwee grouss Universal-Experimenter, ATLAS a CMS, installéieren d'Equippen:

• Nei Fokusséierungsmagnéiten aus Niob-Zinn, engem spréide Supraleeder, deen e Spëtzemagnéitfeld erméiglecht, dat ongeféier 50 % méi staark ass wéi déi aktuell Niob-Titan-Magnéiten — sou ginn d'Strahlen un de Kollisiounspunkten méi enk zesummegedréckt.
• Crab-Cavitéiten — ongeféier 16 kompakt supraleitend Radiofrequenz-Cavitéiten, déi d'Protoune-Pakéiter just virum Zesummestouss këppen, sou datt se sech méi komplett iwwerlapen a méi Kollisioune produzéieren.
• E verstäerkte Schutzsystem an innovativ supraleitend Stroumleitungen, plus nei Kavernen a Servicegalerien op de Standuerter vun den Experimenter.

De Gewënn ass d'Luminositéit — d'Rate vun de Kollisiounen. De CERN erwaart, datt den Ëmbau déi integréiert Luminositéit ëm ongeféier de Faktor zéng iwwer dem urspréngleche Designwäert eropsetzt, mat 140 bis 200 Kollisiounen, déi an all Pakéitkräizung gepackt ginn — géint ongeféier 60 haut. Am Februar huet d'Laboratoire e komplette Nobau vun engem opgerëschte Sträifen, de sougenannten "IT String", a Betrib geholl, fir ze testen, ob d'Magnéiten, d'Cavitéiten an d'Killsystemer zesummeschaffen, ier se an den Tunnel kommen.

"All d'Systemer goufe schonn eenzel getest", sot den Oliver Brüning, eng féierend Figur am HL-LHC-Projet. "D'Zil vum IT String ass et, hir Integratioun an hir gemeinsam Leeschtung ënner Betribsbedingungen ze validéieren."

D'Physik: méi Higgs an eng Chance op donkel Matière

Méi Kollisioune bedeiten méi vun den allerrarste Phenomener. De CERN schätzt, datt déi opgerëscht Maschinn op d'mannst 15 Milliounen Higgs-Bosonen d'Joer generéiere wäert — géint ongeféier dräi Milliounen, déi de LHC 2017 produzéiert huet — an an der Gréissteruerdnung vu 380 Milliounen iwwer hir ganz Liewensdauer, am Verglach mat ongeféier 55 Milliounen, déi zënter dem Start vum urspréngleche Beschleuniger entstane sinn. Dës statistesch Schlagkraaft erlaabt et de Physiker, mat vill méi grousser Präzisioun ze moossen, wéi den Higgs mat anere Partikelen interagéiert — en Test, ob d'Standardmodell hält oder Rësser kritt.

Et schäerft och d'Sich nom Onbekannten. De CERN versteet de LHC als Instrument, fir e puer vun den déifste oppene Froen am Fach ze ënnersichen: ob d'Theorie vun der Supersymmetrie existéiert, ob et zousätzlech raimlech Dimensioune gëtt, an d'Natur vun der donkeler Matière. Bis elo huet sech keng dovunner gewisen; de Pari ass, datt e vill méi groussen Datesaz d'Chancë verbessert, e schwaacht, raart Signal ze erwëschen — oder Méiglechkeeten auszeschléissen.

Eng Rechnung, déi e ganze Kontinent betrëfft

De Materialbudget vum Beschleuniger-Upgrade beleeft sech op ongeféier 950 Milliounen Schwäizer Franken iwwer d'Period vu 2015 bis 2026, wouubäi dat méi breet Programm, inklusiv den Ëmbau vun den Detekteren, däitlech méi kascht. Ongeféier een Zéngtel vum Budget kënnt als Sachleeschtungen vu Partnerlaboratoiren: d'HiLumi-Kollaboratioun ëmfaasst bal 50 Institutiounen a méi wéi 20 Länner, déi meescht an Europa, mä se reecht bis an d'USA, Japan, Kanada a China.

Dës international Aarbechtsdeelung gesäit een an der Hardware selwer. Dat amerikanescht Fermilab bei Chicago huet fënnef vun den Niob-Zinn-Fokusséierungsmagnéite gebaut a geliwwert, mat fënnef weidere Baugruppen, déi bis Mëtt 2027 ukomme sollen. Fir eng Maschinn, déi Joerzéngten an e ganze Kontinent gebraucht huet fir gebaut ze ginn, ass déi kommend Rou ënner der Äerd kee Schluss, mä e laangen, deiere Otemzuch virum nächste Versuch, dat Klenggedréckt vum Universum ze liesen.