Gute Frage: Warum ist der LHC-Beschleuniger so groß?

Doris Lee Burnaby, British Columbia, Kanada:

Der Large Hadron Collider ist ein Synchrotron, also ein Kreisbeschleuniger. Er bringt geladene Teilchen mit Hilfe elektromagnetischer Felder auf hohe Geschwindigkeiten.

Da die geladenen Partikel im Kreis fliegen, senden sie Bremsstrahlung aus, was Energie verbraucht. Weil die Teilchenphysiker ja gerade hohe Energien erzeugen wollen, ist dieser Effekt unerwünscht. Das Higgs-Boson zum Beispiel hat eine hohe Masse – es konnte nur entdeckt werden, indem die Forscher Protonen mit sehr hoher Energie aufeinanderprallen ließen. Der große Radius des LHC minimiert die Radialbeschleunigung der Teilchen und damit die Bremsstrahlung, die diese abgeben. Dadurch hält sich der Energieverlust in Grenzen. Die supraleitenden Magnete des LHC können die Protonen so auf 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.

Michael Luk, per Mail:

Kurz gesagt: wegen der Magnete. Die Größe des LHC ist ein Kompromiss zwischen der Stärke der Magnete, der Energie – oder Geschwindigkeit –, die die Teilchen haben müssen, und der überhaupt möglichen Dimensionen der gesamten Anlage.

Je höher die Geschwindigkeit der Teilchen, umso mehr interessante Dinge lassen sich entdecken. Bei höherem Tempo müssen die Magnete, die die Teilchen auf ihre Kreisbahn zwingen, aber größer und stärker ausgelegt werden. Die andere Möglichkeit ist, den Radius des Beschleunigers zu vergrößern, damit der Teilchenstrahl nicht so stark gebogen werden muss.

Bei den Magneten werden die Physiker aber früher oder später an technische und finanzielle Grenzen stoßen. Die einzige Option wird dann sein, einen größeren Beschleunigerradius zu wählen. Allerdings wurde der LHC in einen schon bestehenden Beschleunigerring hineingebaut. Früher stand dort der Large Electron-Positron Collider (LEP). Die Energie der Protonen im LHC war also von vornherein durch bauliche Gegebenheiten und das verfügbare Gesamtbudget begrenzt.

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