Synchro-Zyklotron (CERN)

Der Large Hadron Collider (LHC, deutsche Bezeichnung Großer Hadronen-Speicherring) ist ein Teilchenbeschleuniger am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf. In Bezug auf Energie und Häufigkeit der Teilchenkollisionen ist der LHC der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. An Planung und Bau waren über 10.000 Wissenschaftler und Techniker aus über 100 Staaten beteiligt, es kooperierten hunderte Universitätslehrstühle und Forschungsinstitute. Die maßgebliche Komponente ist ein Synchrotron in einem 26,7 Kilometer langen unterirdischen Ringtunnel, in dem Protonen oder Blei-Kerne gegenläufig auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht werden. Die Experimente am LHC sind daher Colliding-Beam-Experimente. Forschungsziele des LHC sind die Erzeugung und genaue Untersuchung bekannter und noch unbekannter Elementarteilchen und Materiezustände. Ausgangspunkt ist die Überprüfung des gegenwärtigen Standardmodells der Teilchenphysik. Besonderes Augenmerk liegt daher auf dem Higgs-Boson, dem letzten bei Betriebsbeginn noch nicht experimentell nachgewiesenen Teilchen des Standardmodells. Darüber hinaus soll der LHC der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells dienen, um möglicherweise Antworten auf offene Fragen zu finden. In der Regel werden die Kollisionsexperimente mit Protonen durchgeführt, etwa während eines Monats pro Jahr mit Blei-Ionen. Der Collider besitzt vier Kreuzungspunkte, an denen die beschleunigten Partikel zur Kollision gebracht werden können. Dort befinden sich vier große und zwei kleinere Detektoren, diese registrieren die Spuren der bei den Kollisionen entstandenen Partikel. Durch die große erreichbare Anzahl von Kollisionen pro Sekunde (hohe Luminosität) entstehen enorme Datenmengen. Diese werden mit Hilfe einer ausgeklügelten IT-Infrastruktur vorsortiert. Nur ein kleiner Teil der Daten wird mittels eines eigens aufgebauten, weltumspannenden Computernetzwerks zur Analyse an die beteiligten Institute weitergeleitet. In den Experimenten wurde ab 2010 ein bisher nicht erreichbarer Energiebereich erschlossen. Ein wesentliches Ergebnis der bisherigen Experimente (Stand: April 2022) ist eine außerordentlich gute Bestätigung des Standardmodells. Mehrere neue Hadronen wurden gefunden, ein Quark-Gluon-Plasma konnte erzeugt werden, und erstmals wurde beim Bs0-Meson die CP-Verletzung bei seinem Zerfall in Kaonen und Pionen beobachtet sowie sein extrem seltener Zerfall in zwei Myonen. Auch beim D0-Meson gelang der Nachweis einer CP-Verletzung. Als bislang größter Erfolg gilt der experimentelle Nachweis des Higgs-Bosons. Dies führte zur Verleihung des Nobelpreises für Physik 2013 an François Englert und Peter Higgs.

Der Large Electron-Positron Collider (LEP, deutsche Bezeichnung Großer Elektron-Positron-Speicherring) war ein Teilchenbeschleuniger am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf. Er war von 1989 bis 2000 in Betrieb und diente als Collider für Elektronen und Positronen (siehe auch Colliding-Beam-Experiment). Die ersten Teilchenkollisionen wurden am 13. August 1989 detektiert. Nach seiner Stilllegung wurde der Tunnel umgebaut, um darin ab 2008 den Nachfolger des LEP, den Large Hadron Collider betreiben zu können.

Der Globe of Science and Innovation (französisch Globe de la Science et de l’Innovation, deutsch Globus der Wissenschaft und Innovation) ist ein Kugelhausbau bei der schweizerischen Gemeinde Meyrin, der seit 2004 als Erweiterung des Besucherzentrums im CERN zu Veranstaltungen und Ausstellungen dient.

Das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eine Großforschungseinrichtung in der Nähe von Genf, die teilweise in Frankreich und teilweise in der Schweiz liegt. Am CERN wird physikalische Grundlagenforschung betrieben, insbesondere wird mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger der Aufbau der Materie erforscht. Der derzeit (2019) bedeutendste ist der Large Hadron Collider, der 2008 in Betrieb genommen wurde. Das Akronym CERN leitet sich vom französischen Namen des Rates ab, der mit der Gründung der Organisation beauftragt war, dem Conseil européen pour la recherche nucléaire. Die offiziellen Namen des CERN sind European Organization for Nuclear Research im Englischen beziehungsweise Organisation européenne pour la recherche nucléaire im Französischen.Derzeit hat das CERN 23 Mitgliedstaaten. Mit etwa 3.400 Mitarbeitern (Stand: 31. Dezember 2017) ist das CERN das weltweit größte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Über 14.000 Gastwissenschaftler aus 85 Nationen arbeiten an CERN-Experimenten. Das Jahresbudget des CERN belief sich 2014 auf ungefähr 1,11 Milliarden Schweizer Franken (ca. 1 Milliarde Euro).Das CERN ist außerdem der Geburtsort des World Wide Web.

ATLAS ist ein Teilchendetektor am Large Hadron Collider (LHC), einem Teilchenbeschleuniger am europäischen Kernforschungszentrum CERN. ATLAS war ursprünglich ein Apronym für A Toroidal LHC ApparatuS (siehe Atlas, auf deutsch etwa: „Ein torusförmiger LHC-Apparat“), wird aber mittlerweile nur noch als Eigenname benutzt. Unter anderem wurde mit ATLAS das Higgs-Boson, ein für die Erklärung der Masse wichtiger Bestandteil, nachgewiesen. Außerdem sollen die derzeit kleinsten bekannten Bausteine der Materie, Leptonen und Quarks, auf eine etwaige Substruktur hin untersucht werden. Parallel zu ATLAS verfolgt auch der CMS-Detektor ein ähnliches Physikprogramm, sodass ein Ergebnis eines Experiments am jeweils anderen überprüft werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen mehr als 7600 Forscher aus etwa 215 Instituten weltweit teil.Der Bau des LHC wurde im Februar 2008 abgeschlossen, die ersten Teilchenkollisionen fanden 2009 statt. Geplant ist der Betrieb von ATLAS bis mindestens 2035. Sprecher der Kollaboration ist seit 1. März 2021 Andreas Hoecker. Vorher waren Karl Jakobs (2017–2021), David Charlton (2013–2017), Fabiola Gianotti (2009–2013) und Peter Jenni (1995–2009) Sprecher der Kollaboration.2012 entdeckte die ATLAS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden CMS-Kollaboration das Higgs-Boson. Die genauen Eigenschaften werden noch weiter erforscht.

Der MoEDAL-Detektor (Akronym für englisch Monopole and Exotics Detector at the LHC) ist eine Erweiterung des LHCb-Experiments. Der Teilchendetektor ist auf der Suche nach magnetischen Monopolen, Relikten mikroskopischer Schwarzer Löcher und supersymmetrischer Teilchen ausgelegt. Die Datennahme begann 2015. Im Juli 2017 wurden erste Ergebnisse veröffentlicht. Dabei konnten magnetische Monopole mit geringer Masse und hoher Ladung ausgeschlossen werden.

Das LHCf-Experiment (für Large Hadron Collider forward) ist eines von sieben Experimenten am Large Hadron Collider am CERN. Das LHCf-Experiment ist das kleinste der am LHC untergebrachten Experimente, es besteht aus zwei etwa 30 cm × 80 cm × 10 cm großen und etwa 40 kg schweren Detektoren und wird von 22 Wissenschaftlern betreut.

Das Proton Synchrotron (PS) ist ein Synchrotron-Teilchenbeschleuniger mit 628 m Umfang am CERN. Mit dem Linearbeschleuniger LINAC II auf 50 MeV beschleunigte Protonen werden in den Proton Synchrotron Booster (PBS) eingespeist und auf 1,4 GeV beschleunigt, bevor sie in den PS weitergeleitet werden.

Der Antiproton Decelerator (Abkürzung AD; deutsch: Antiprotonen-Entschleuniger) ist ein Speicherring am CERN in Genf. Ziel des AD ist es, Antiprotonen, die mithilfe des Proton Synchrotrons erzeugt wurden, abzubremsen und den verschiedenen Antimaterie-Experimenten zur Verfügung zu stellen.

Die Intersecting Storage Rings (ISR) waren zwei gegenläufige Protonen-Speicherringe mit etwa 300 m Durchmesser am CERN, die von 1971 bis 1984 betrieben wurden.

Das Super Proton Synchrotron (SPS) ist ein Teilchenbeschleuniger des Typs Synchrotron am CERN. Das SPS wird verwendet, um Protonen und Bleiionen (als Vorbeschleuniger des Large Hadron Collider (LHC)), Antiprotonen, Elektronen, Positronen und Schwerionen zu beschleunigen. Dabei werden diese Teilchen meist ihrerseits im Proton Synchrotron vorbeschleunigt.

Das Proton Synchrotron 2 (Abkürzung: PS2) war ein geplanter Synchrotron-Teilchenbeschleuniger mit 1346,4 m Umfang am CERN. Durch den Bau des PS2 sollte die Luminosität des Large Hadron Collider gesteigert werden. Die Planungen zum Bau des PS2 wurden aus Kostengründen zugunsten einer Erweiterung des Proton Synchrotrons (PS) eingestellt.