RZ116 CERN: LHCb

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Der LHCb-Detektor am CERN versucht Widersprüche des Universums zu klären

Eines der Rätsel der Kosmologie ist das Verhältnis von Materie zu Anti-Materie und warum es im Weltall mehr Materie als Anti-Materie gibt. Und man weiß, dass das Standardmodell der Physik zwar für unsere üblichen Energiebereiche gilt aber in der Dimension des Universums nicht alles erklärt. Um diese Widersprüche aufzudecken hat das CERN mit dem LHCB einen Detektor im Betrieb, der diese Grenzen der Physik ausloten und neue Erkenntnisse liefern soll.

Dauer: 1 Stunde 8 Minuten
Aufnahme: 26.04.2023

Patrick Koppenburg
Patrick Koppenburg

Patrick Koppenburg ist Operations Coordinator and Physics Coordinator beim LHCb-Experiment. Wir sprechen über Hintergrund und Technik des Detektors, welche Unklarheiten beim Verständnis der Physik hier ausgeräumt werden soll und welche Hoffnungen für die Langzeitergebnisse bestehen.

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Transkript
Tim Pritlove
Hallo und herzlich willkommen zu Raumzeit, dem Podcast für Raumfahrt und andere.Kosmische Angelegenheiten. Und ich begrüße alle zur 116.Sendung von Raumzeit und ja, ich befinde mich nach wie vor in der Schweiz amCERN und das hier ist damit dann auch die sechste und letzte,vorerst letzte Sendung zum Gesamtthema CERN.Und nachdem ich hier zu Beginn schon die Geschichte des CERN ausgeleuchtet habeund die Aufgabenstellung,die sich hier die Wissenschaft stellt und wir den Beschleunigerring genaueranalysiert haben und auch schon diverse Detektoren untersucht haben,nämlich ALICE, CMS und ATLAS, fehlt noch einer, nämlich der LHCB,das ist jetzt das Thema und dafür begrüße ich Patrick Koppenburg.Hallo, herzlich willkommen bei Raumzeit.Patrick, du bist Operations- und Physik-Koordinator.Das heißt du koordinierst sowohl die Organisation als auch die Physik.Die gehorcht sozusagen deinen Regeln, wenn ich das hier richtig interpretiere.
Patrick Koppenburg
Das habe ich gemacht, ich war Operations Coordinator, da habe ich mich darumgekümmert, dass die Daten vom Detektor bis zum Endbenutzer, das sind die Doktoranden meistens,die dann die Analysen machen, dass die da richtig kommen und rechtzeitig unddass alles gut läuft und wir auf dem Weg nichts verlieren.Und dann wurde ich Physik-Koordinator und da setzen man Prioritäten,welche Analysen kommen zuerst dran, welche Dissertationen von diesen Doktorandenwerden dann auch zu Publikationen vom ganzen Experiment.Und jetzt inzwischen koordiniere ich das Analyseprogramm, also ich bin im Software.Wir schreiben das Analyseprogramm völlig neu für den Endbenutzer,für die letzten Daten, die wir jetzt so langsam bekommen vom LAC.Wir haben den Detektor völlig umgebaut und dann müssen wir natürlich auch dasSoftware völlig umbauen.
Tim Pritlove
Ok, auch über die Software können wir vielleicht mal ein bisschen ausführlicherreden, das hatten wir bisher hier noch nicht so im Fokus.Es würde mich natürlich erst mal interessieren, wie du überhaupt zu dem Themagekommen bist, wie du deinen Einstieg in die Wissenschaft gefunden hast undletzten Endes am CERN gelandet bist.
Patrick Koppenburg
Ich habe in Lausanne, nicht weit von hier, Physik studiert.
Tim Pritlove
Andere Seite vom See sozusagen?
Patrick Koppenburg
Ja, so ungefähr. Am Anfang war ich mehr für Astronomie interessiert und darumhabe ich mich eher in der Psyche eingestellt.Uni eingeschrieben und nicht in der Technischen Hochschule, die auf der anderenSeite von der Straße liegt. Denn die Astronomie war an der Uni.Aber dann waren die Vorlesungen ziemlich langweilig von den Astronomen.Die haben uns wahrscheinlich die falschen geschickt.Denn zum Beispiel der Major, der Nobelpreisträger, der wäre auch einer davongewesen. Der hat in Genf unterrichtet.Das ist die gleiche Gruppe. Aber die entscheiden, wer geht nach Lausanne, wer geht nach Genf.Und irgendwann habe ich dann entdeckt, dass Teilchenphysik ganz interessant ist.Ich wusste eigentlich als Erstjahrstudent überhaupt nichts über CERN.Das war überhaupt kein Thema, obwohl ich 60 Kilometer von CERN entfernt gewohnthabe. Das war überhaupt kein Thema in der Schule.Und da lief auch nicht viel zu der Zeit.
Tim Pritlove
Von welchem Zeitraum reden wir da?
Patrick Koppenburg
Da sind wir in den 90er Jahren. Ja gut, da war Lab am, nee das war vor den 90er,das war gerade als Lab startete.Und irgendwie habe ich das verpasst und CERN habe ich dann entdeckt als Physikstudent.Also ich war nicht von der Teilchenphysik angezogen, sondern von der Astronomie.Und dann bin ich zur Teilchenphysik und da war das neue Experiment,das neue Projekt, das wir starteten, war LACB.Also da habe ich als Doktorand 1996 angefangen.Das war dann zwölf Jahre bevor das Experiment überhaupt die ersten Daten bekam.Wir waren da am optimieren und tüfteln welche Detektoren, wie wir den Detektorbauen und simulieren, alles mögliche.Ich war einer von den ersten Doktoranden auf diesem Experiment,habe natürlich überhaupt keine Daten gesehen, darum bin ich dann nach meinerDissertation so schnell wie möglich weg, nach Japan, zum Bell Experiment,das ähnliche Physik macht.Und das war da am Laufen, aber dann bin ich nach zwei Jahren wieder zurück zumCERN und seitdem bin ich hier.Manchmal in London, manchmal in Amsterdam, aber immer mit dem LACB Experiment.
Tim Pritlove
Na dann wirst du ja einiges zu berichten haben und hast die ganze Geschichteim Prinzip mitverfolgen können von Anfang an.Jetzt haben wir ja, das kam jetzt hier in der letzten Sendung natürlich klardurch und ich habe es ja auch schon erwähnt,wir sind am Zerren, wir haben hier diese Beschleunigungsringe,diese ganze Kaskade, diese Kette von einzelnen Beschleunigern,die sich gegenseitig die Teilchen hinein beschleunigen und jeder Ring gibt immerwieder was dazu und der große Ring,der LHC, der Large Hadron Collider, der hat eben diese Besonderheit,dass er eben, also hat viele Besonderheiten, aber unter anderem halt die,dass eben diese vier großen Detektorsysteme, die vollständig unabhängig voneinanderarbeiten da sind und während CMS und Atlas eben eine,mehr so ein Pärchen sind, um sich gegenseitig kontrollieren zu können für sodie Hauptaufgaben, die man beim Design des LHC gesehen hat.Alice halt sozusagen nochmal nebenan und schaut auf die Bleikerne,die dort vorbeifliegen.Und jetzt gibt es halt noch diesen vierten, den LHC-B, der halt so den LargeHadron Collider nochmal so im Namen trägt, plus das kleine B.Und was macht jetzt dieses B und warum braucht es diesen LHC-B Detektor?Was ist das Ziel dieses Detektors?Warum wurde der überhaupt noch mit dazu gebaut? Was will man hier herausfinden?
Patrick Koppenburg
Also die zwei großen, Atlas und CMS, die suchen neue Teilchen.Die wurden optimiert, dass sie den Higgs finden können. Das haben sie auch gemacht.Jetzt suchen sie auch nach anderen Teilchen. Wir haben da ein anderes Programm.Wir studieren CP-Verletzung. Das ist der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie.Und für die Leute, die das Podcast folgen, werden ja wohl wissen,dass wir da ein Problem haben in der Kosmologie, dass wir ein Universum haben, das aus Materie ist.
Tim Pritlove
Ich weiß nicht, ob das alle wissen. Erzähl mal, was das Problem ist.
Patrick Koppenburg
Das Problem ist, wir haben ein Universum aus Materie, aus Atomen.Und Antimaterie, das sind die gleichen, dasselbe, andersrum,mit einer anderen elektrischen Ladung.Und das gibt es auch, das kann man produzieren, aber man findet es in der Natur nicht.Und dann muss man ja erklären, wie es möglich war am Anfang im Big Bang,dass diese ganze Energie, die da war,die sich normalerweise von den physikalischen Gesetzen in eine Hälfte in Materieund die andere Hälfte in Antimaterie formen sollten, das dann nur Materie produziert hat. Und das geht.Da hat Sakharov, der Friedensnobelpreisträger, aber auch Physiker,hat erklärt, was man genau braucht. Und ein von den drei Ingredienten ist diese CP-Verletzung.Das heißt, man braucht fundamentale Unterschiede in den physikalischen Gesetzenzwischen Materie und Antimaterie.Das heißt, ein Prozess, das in der Materie passiert würde, würde in der Antimaterieleicht anders passieren.Das gibt es, das haben wir.Vor über 50 Jahren wurde das entdeckt. Das war ein bisschen eine Überraschung.
Tim Pritlove
Dass es einen Unterschied gibt?
Patrick Koppenburg
Dass es einen Unterschied gibt, denn zuerst dachte man, die Physik ist völligsymmetrisch zwischen Materie und Antimaterie.Dann wurde entdeckt, dass das nicht der Fall ist.Die schwache Wechselwirkung sieht da Unterschiede. Aber diese Unterschiede,die hat man gemessen und die sind viel zu klein.
Tim Pritlove
Um relevant sein zu können.
Patrick Koppenburg
Damit kann man nicht erklären, warum wir überhaupt da sind.
Tim Pritlove
Aber was für Unterschiede hat man denn gefunden? Was ist denn anders?
Patrick Koppenburg
Ja, was anders ist, das sind die Unterschiede, die wir messen.Wir nehmen Teilchen, bei uns, wir sind am besten mit B-Mesonen,da kommt das B her. Das sind Teilchen, wo in denen ein B-Quark ist. Es gibt sechs Quarks.Die zwei leichtesten machen die Protonen und Neutronen, die wir alle kennen.Und dann hat es noch vier, die schwerer sind.Strange, Charm, Beauty und Top.Und wir sind optimiert für das Beauty, denn das ist der Quark,wo die CP-Verletzung am stärksten ist.
Tim Pritlove
Wann wurde denn aus dem...B Quark, was ja ursprünglich eigentlich Bottom Quark heißt und ja auch so noch dokumentiert ist.Das Beauty, ist das jetzt sozusagen die Korrektur einer schlechten Namensgebung?
Patrick Koppenburg
Das ist ein lustig vom soziologischen Punkt.Wir nennen das Beauty, wir nennen uns selber LAC Beauty.Atlas und CMS, die würden von Bottom reden.Als die Quarks benannt wurden, gab es die zwei Möglichkeiten für das letztePärchen, Top und Bottom oder Truth und Beauty.Niemand redet von Truth. Also das T-Quark, das ist klar Top,aber die Physiker, die das B-Quark studieren, die nennen es Beauty, die meisten.Die, die es benutzen, um was anderes zu machen, typisch bei Atlas und CMS,die werden es eher Bottom nennen. Also bei uns ist es eher Beauty und ich werdewahrscheinlich Beauty sagen, aber im Grunde genommen ist es egal.Zwei Namen für dasselbe Ding.
Tim Pritlove
Also mit der Namensgebung in der Wissenschaft oder speziell in der Physik istes schon ein Problem. Da müsste man mal was machen.Okay, im Zweifelsfall sagen wir einfach nur B.Dieses Standardmodell ist ja schwierig zu verstehen. Oder generell dieser ganze Teilchen zu,also was heißt schwierig zu verstehen, man kann sich das natürlich irgendwieanschauen und dann hat man etwa eine Vorstellung, die ganze Mathematik nachzuvollziehen,glaube ich entzieht sich den meisten Leuten, die jetzt nicht Physik studiert haben.Aber ich glaube es ist generell ganz gut das halt irgendwie immer so ein bisscheneinsortieren zu können. Haben wir hier in den letzten Sendungen ja auch schon probiert.Aber vielleicht kann man, würde ich auch gerne nochmal von dir mal so hören,deine Meinung dieses Ding mit diesen Generationen.Also Standardmodell haben wir ja erstmal so zwei grundsätzliche Aufspaltungen,dass man die Leptonen, also wo die Elektronen.Dazugehören Und Hadronen sozusagen voneinander trennt und Hadronen sind haltdie Quarks vor allem und all diese beiden Dinge gibt es halt so in so einerdreifachen Ausführung.Das heißt man hat festgestellt, okay es gibt Quarks und es gibt irgendwie Leptonenund irgendwie gibt es die aber mehrfach in verschiedenen Massen.Also dasselbe, was sich exakt genauso verhält, bloß ist es auf einmal schwererund zwar extrem viel schwerer und dann noch mal extrem viel schwerer.Gibt es denn schon irgendeine Erklärung dafür, warum das so ist?Oder wozu das gut sein soll?
Patrick Koppenburg
Also eine Erklärung warum das so ist, das weiß ich nicht und ich glaube das weiß auch niemand.Wir bestehen aus Up- und Downquarks und Elektronen, das ist alles die ersteGeneration. Die zweite braucht man nicht.Jede Sekunde fliegt ein Myon durch unser Körper, das ist dann die zweite Generation.Aber das ist auch das Einzige, das wir mit der zweiten Generation zu tun haben auf diesem Planeten.Die alles andere muss man in Beschleuniger produzieren und studieren.Wozu das gut ist, das wissen wir,denn es wurde 1973 von Kobayashi und Maskawa,Die hatten da diese komische Idee, dass man im Standardmodell überhaupt CP-Verletzunghaben kann, also diesen Unterschied zwischen Quarks und Anti-Quarks,muss es drei Generationen haben.Am Anfang, die haben das postuliert, 1973, da kannte man drei Quarks,war gar nicht sicher, ob das überhaupt Quarks sind oder ob das nur so ein mathematisches Modell ist.Und das vierte Quark, Charm, also immer noch in der zweiten Generation,das wurde dann ein Jahr später entdeckt.Aber irgendwie wussten die schon über das Charm-Quark und haben dann gedacht,ja kann man CP-Verletzung mit vier Quarks überhaupt machen?Und nein, das verschwindet immer aus den Gleichungen raus.Man muss diese dritte Generation haben und dann gibt es etwas,was man nicht mehr rauskriegt. und.Und dass dann die ganzen Unterschiede, die wir kennen zwischen Materie und Antimaterie,dass diese einzige Zahl erklärt, alle unsere Messungen.
Tim Pritlove
Was heißt denn jetzt CP Verletzung? Was ist denn das C und das P?Was wird denn da verletzt? Ist das eine goldene Regel oder ein Gesetz?
Patrick Koppenburg
Wir reden von Verletzungen jedes mal, wenn wir der Meinung sind,dass es eine Symmetrie gibt, die universal sein sollte und dann merken wir, dass das nicht stimmt.Eigentlich sind wir verletzt.Das C, das ist für Charge, also alle elektrischen Ladungen werden verkehrt.Also die Elektronen werden positiv und die Protonen werden negativ. Das ist einfach.Das P, das ist Parität, das ist die Welt wie man sie in einem Spiegel sieht.Und das brauchen wir, weil man wusste schon lange,dass diese Spiegelreflexion, dass es da einen Unterschied gibt zwischen in derschwachen Wechselwirkung,also in den typischen Beta-Zerfällen von Atomen.Wenn man sich so ein Beta-Zerfall anschaut und dann ein Spiegelbild,dann kann man wissen, welches das Spiegelbild ist.Das kann man normalerweise In der Physik nicht. Wenn ich ein Billiardspiel anschaueund das im Spiegel ansehe, dann habe ich überhaupt keine Ahnung,welches jetzt im Spiegel ist.
Tim Pritlove
Was ist das Original?
Patrick Koppenburg
Was ist das Original, ja.
Tim Pritlove
Aber bei Antimaterie geht das?
Patrick Koppenburg
Ja, das geht mit dem Beta-Zerfällen, also mit der Radioaktivität.Da sieht man es gut zwischen Materie und Materie im Spiegel,da habe ich dann einen grossen Unterschied.Aber jetzt wird es ein Gedankenexperiment. Wenn ich jetzt ein Antiatom habeund schaue, wie er radioaktiv zerfällt Und das schaue ich mir dann im Spiegelan, dann kann ich das jetzt nicht mehr von einem normalen Materiezufall unterscheiden.Das ist C und P gleichzeitig. Und das ist der Weg von Materie zu Antimaterie eigentlich.Antimaterie sind alle Ladungen umgekehrt, aber auch rechts und links sind auch ausgetauscht.Und das dachte man, okay, das ist ein fundamentaler Symmetrie,der vom Universum alles respektiert, alles gut und dann wurde in den 60er Jahrengefunden, dass das nicht der Fall ist.Das war dann mit Zerfällen von Strange Quarks,wo es ganz ganz kleine Unterschiede gab und das war dann eigentlich in der Geschichtevon Teilchenphysik war das so eine Sorte von Krise,Denn es war überhaupt nicht möglich, dass man das überhaupt nicht mal parametrisierenkonnte mit den Modellen, die man damals hatte. Das geht einfach nicht.Und dann kamen dann Kobayashi und Maskawa und haben dann einfach postuliert,dass es dann zwei Quarks gibt, die viel zu schwer sind, um überhaupt entdecktzu werden und die das erklären.Der Beautyquark wurde dann Ende 70er Jahren entdeckt und für den Topquark,der ist so unheimlich schwer, da braucht es dann Tevatron in den 90er Jahren, um so weit zu kommen.
Tim Pritlove
Das heißt entdeckt hat man nicht jetzt auf der Straße gefunden,sondern in Beschleunigerringen entsprechend detektiert, aber nicht am CERN,sondern in, was war das jetzt in den USA? Ja das war in den USA, ja.
Patrick Koppenburg
Beide? Ja, beide. Es gibt so eine komische Situation, dass alle Quarks und Leptonenin Amerika entdeckt wurden.Und dann die Bosonen, die fanden Wechselwirkungen, Z, W und X, alle in Europa.
Tim Pritlove
Vielleicht auch irgendeine Art von Verletzung, die man mal genauer untersuchen sollte.Okay, also wenn ich das mal kurz zusammenfassen darf, wenn man sich das Standardmodellanschaut und dann eben spezifisch dieses Problem, dass irgendwie all diese ganzeMaterie und dann das ganze Standardmodell.Wir wissen das gibt's halt auch in gespiegelter Form, das taucht aber so jetztin unserem Alltag nicht auf, alles was uns umgibt ist halt irgendwie Materie,aber Antimaterie lässt sich auf jeden Fall erzeugen und sie ist auch irgendwieim Weltall schon auch da oder nicht?Also ist es generell einfach immer nur so ein temporäres Produkt aus Prozessenund dann war's das auch schon wieder und es verpufft und man stellt sich jetztsozusagen die Frage warum verpufft es beziehungsweise warum gibt's das überhaupt?
Patrick Koppenburg
Also man kann es produzieren. Aus reiner Energie kann ich ein Paar mit einemElektronen und einem Positronen produzieren. Das geht ziemlich gut.Aber dann der Positron, der ist eigentlich stabil, könnte entlang leben.Aber sobald er einen Elektron findet, und da gibt es ja viele davon in der Umgebung,dann gibt es eine Annihilation und ich kriege wieder zwei Photonen raus.Und das ist mit der ganzen Antimaterie so, dass die Schwierigkeit ist,sie zu behalten, so lange wie möglich.Es gibt ein Experiment am CERN, am Antimatter Decelerator,das AD-Experiment, Die produzieren Anti-Atome,aber da die Schwierigkeit ist, dass man die im Vakuum so lang wie möglich behaltenmuss und die müssen so weit weg wie möglich von jeglicher Maclary sein, sonst sind sie weg.Und im Universum ist das ähnlich, die werden wahrscheinlich auch produziert,es gibt ja auch Hochenergie-Kollisionen im Universum,aber die verschwinden wieder und das AMS-Experiment, das im Weltall ist,Das hat auch nach Anti-Atomen gesucht und findet,Keine oder kaum.
Tim Pritlove
Das Alpha Magnet Spektrometer auf der ISS, was im Prinzip so der Beschleunigerringohne Ring ist. Da nimmt man einfach das, was sowieso schon beschleunigt istund versucht dieselben Analysen.Okay, also das sind sozusagen die Rätsel, weil man möchte das natürlich verstehen.Man weiß, es gibt die Antimateria, aber man weiß nicht warum und wozu und warumes sich dann auch noch anders verhält,noch mal besonders und dieses Beauty-Quark ist so ein bisschen der mathematischeSchlüssel, um sich das überhaupt alles mathematisch herleiten zu können,daraus eine brauchbare Theorie abzuleiten.Und diese Fragestellung an sich jetzt, die ist sozusagen wichtig.Also das ist etwas, das will man einfach verstehen, weil es eben wie so vieleandere Dinge hier am CERN, ich meine es ist ja einfach mal ein Ort der Grundlagenforschung,man will halt alles verstehen. Man kann jetzt nicht einfach so,man könnte ja auch sagen, Antimaterie, was kümmert mich das?Die ist ja sowieso immer gleich wieder weg.So betrifft mich ja nicht groß. So einfach macht man es sich dann nicht,sondern man will natürlich schauen, ist das vielleicht in gewisser Hinsichtder Schlüssel zu noch was ganz anderem und man weiß es ja nicht.Also baut man sich einen Detektor, um was genau zu detektieren,diese Beauty-Quarks, das heißt auch hier konsumiert man den Teilchenstrom undschaut spezifisch nur auf dieses eine Quark, wenn es denn in so einer Kollision entsteht.
Patrick Koppenburg
Ja, hauptsächlich diese Quarks. Wir machen auch ein bisschen Physik mit anderenQuarks, aber das ist das Hauptthema.
Tim Pritlove
Aber warum schaut man sich dann, also man meint ja okay, das spielt jetzt sozusagenin dieser Mathematik eine Rolleund das heißt, man will dann genauer verstehen, was es tut, kann, macht?
Patrick Koppenburg
Da schaut man sich die Teilchen an, in denen ein B-Quark ist.Denn B-Quarks kann man nicht allein produzieren. Das ist ...Das Hauptproblem, es wäre fantastisch, wenn man es direkt studieren könnte,aber die Quarks sind immer in Pärchen oder in Dreiergruppen wie Protonen undNeutronen, also schauen wir uns die Teilchen an, in denen es einen B-Quark hatund dann noch ein anderer Quark.Und diese B-Quarks, die leben ziemlich kurz, so ein Millionstel von MillionstelSekunden, wir sind in 10 Tau hoch, minus zwölf.Und dann zerfallen sie und wir schauen uns an, wie sie zerfallen.Und spezifisch schauen wir uns an, ob die B-Quarks und die Anti-B-Quarks ähnlich zerfallen.Und ähnlich oft. Und das ist eigentlich der Schlüssel, um herauszufinden,wie viel CP Verletzung es hat in den Experimenten, die wir machen.Eine ganz große Liste von Zerfallsmöglichkeiten, die wir uns anschauen.Und dann messen wir den Unterschied zwischen Bequarks und Anti-Bequarks undversuchen zu verstehen, woher diese Unterschiede kommen und besonders,ob die mit der Vorhersage vom Standardmodell passen oder nicht.Und bis jetzt passen sie.Das ist natürlich nicht das, was ich gehofft habe.Aber es passt ganz gut. Das heißt, dass diese einzige Zahl von Kobayashi undMaskawa das alles erklärt und das heißt, das Problem haben wir immer noch mitder Antimaterie vom Universum.Was wir gehofft hatten ist, dass wir dann irgendwelche Unterschiede sehen unddass es dann kleine Unterschiede zwischen der Vorhersage und der Messung gibt,die dann mit anderen Parametern und anderer Physik erklärt werden müssen.
Tim Pritlove
So wie muss man denn dem ganzen technisch auf den Pelz rücken?Also wenn man jetzt, also ich meine man muss ja jetzt erstmal eine Kollisionbeobachten bei dem jetzt diese Beauty Quarks entstehen.Das tun sie wahrscheinlich mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit,die vielleicht nicht so hoch ist, aber ausreichend, damit man halt auch nie was sieht.Ähnelt jetzt sozusagen dieser Detektor den anderen oder muss man hier aus irgendwelchenGründen ganz anders herangehen?
Patrick Koppenburg
Ja wir gehen ganz anders heran. Aus mehreren Gründen, aber der Hauptgrund ist,dass der B-Quark ziemlich leicht ist.Wir reden da von 5 GeV, das ist fünfmal eine Protonenmasse.Der Higgs ist auf 125 und das ist ein großer Unterschied in so einer Kollision von Protonen,wenn man ein schweres Teilchen produziert, dann kann es überall hingehen,in alle möglichen Richtungen.Die leichten Teilchen, die werden meistens bleiben sie in der Nähe von dem Strahlenund gehen dann seltener zur Decke hoch.Und da ist es dann interessanter, dass wir uns nur die Gegend anschauen,die um den LHC Strahl ist.Also wir haben da einen Detektor, das sieht mehr wie eine Pyramide aus,eine ziemlich steile Pyramide, horizontale.Und wir schauen uns an, was nach vorne geht. Wir könnten uns auch anschauen,was nach hinten geht, in die andere Richtung.Aber dafür haben wir einfach nicht genug Platz.Also wir haben entschieden, gut, die Hälfte der Daten, alles was in die falscheRichtung geht, das ist verloren.Wir schauen uns ganz genau an, was in die Richtung von Atlas eigentlich,dass alles was auf diese Seite geht, dass wir uns das ganz genau anschauen.Das hat einen anderen Vorteil, dass wir da in dieser Richtung schauen,ist dass wir müssen diese Bequaks identifizieren und der Schlüssel ist,dass sie eine Lebensdauer haben, die sehr kurz ist, aber nicht null.Und das können wir auflösen.Wenn sie ganz ganz schnell sind, wenn sie noch hohen Momentum haben,dann fliegen die so ungefähr einen Zentimeter.Das ist so die Größenordnung, die wir haben. Und das können wir mit unserem Detektor auflösen.Das ist für Atlas und CMS, die versuchen auch diese Physik zu machen,das ist nicht deren Hauptthema, aber die haben auch Gruppen,die das machen, ist das schwieriger, weil die haben ja ihre Detektoren,die weiter weg sind von Prognosen.Wir können ganz ganz nah ran.
Tim Pritlove
Also wie groß muss man sich den ganzen Aufbau so vorstellen?Vielleicht können wir uns mal von den Dimensionen ein bisschen annähern.
Patrick Koppenburg
Ja, also das Experiment ist so ungefähr 20 Meter lang und wir sind da in einergroßen Höhle und durch die Höhle geht der LAC Strahl.Aber der Kollisionspunkt ist auf der Seite von der Höhle. Also eigentlich gerade da, wo sie endet.Und dann eine Seite, wie gesagt, da geht es dann in die Mauer oder in den Tunnel vom LAC.Und die andere Seite geht dann in unsere LACB-Höhle rein. Und da haben wir einenDetektor, der ist 20 Meter lang und am anderen Ende dann so bis zu 10 Meter hoch.Um den Kollisionspunkt haben wir einen Vertex-Detektor. Das ist ein Detektor,in dem wir die Zerfallspunkte, das ist dieser Vertex, so genau wie möglich auflösen wollen.Zuerst an den Primär, den Kollisionspunkt von den zwei Protonen.Und dann fliegt dieses B-Quark ein Zentimeter oder so, zerfällt in andere Teilchenund diese anderen Teilchen werden dann entdeckt.Und dann können wir uns ausrechnen, wo genau dieser Zerfall war.
Tim Pritlove
Das heißt, der Detektor detektiert jetzt das B-Quark selbst eigentlich nicht unmittelbar,sondern man schaut einfach nur aufdie Zerfallsprodukte, die eben diese Selbstauslöschung quasi hervorbringt.Das ist ja hier immer ein wiederkehrendes Thema, dass einfach bestimmte Teilchensind dann einfach nicht stabil oder zumindest nicht besonders lange und dannteilen sie sich eben in andere Teilchen auf,aber das ist so ein spezifischer Fingerabdruck, den man dann einfach soforterkennen kann, dass man sagt, okay alles klar, das war mal wieder eins.Wobei es könnte ja auch sein, dass mal eins kommt, was sich irgendwie in andereBestandteile aufteilt oder ist das nicht?
Patrick Koppenburg
Ja, die möglichen Zerfälle von Beegwarks sind unendlich lang.Da hat man eine ganze Liste, Seiten und Seiten von möglichen Zerfällen und wirinteressieren uns eigentlich auch für die seltensten,die man in einem von einer Million oder sogar seltener Beegwarks hat.
Tim Pritlove
So exotisches Zeug.
Patrick Koppenburg
Ja exotisches Zeug. Aber das wird dann später gemacht,dann schauen wir uns die Falzprodukte an und versuchen sie zu kombinieren undwenn das ein BMW-Sohn ergibt, dann haben wir einen Kandidaten und wenn nicht,dann schmeißen wir ihn weg.
Tim Pritlove
Das heißt der ganze technische Aufbau ist jetzt nicht so brutal groß wie dasjetzt bei CMS oder Atlas ist. Kennt man ja alle die Bilder. Irgendwie riesigerRing mitten in der Erde, irgendwie 20 Meter hoch.Hier gibt es auch 20 Meter, aber es geht mehr so in die Länge.Und was war das? 10 Meter hoch?Diese Pyramidenstruktur, also dass man sozusagen so einen Schusskanal,der sich da ergibt, so einen Verteilungskanal noch abgedeckt bekommt.Und ist dann aber die Detektortechnik jetzt selber, die diese Teilchen registriert,ist die dann wiederum vergleichbar mit dem, was in den anderen Detektoren gemachtwird? Kommen auch diese Siliziumfolien und so weiter zum Einsatz?
Patrick Koppenburg
Das ist sehr ähnlich, denn das ist von der Physik definiert.Wir müssen diese Teilchen finden, wir müssen ihr Momentum messen,das heißt wir brauchen ein magnetisches Feld Und dann brauchen wir Detektorenda drin, die die Spuren, die sie hinterlassen, messen.Und dann gibt es eine Serie von Detektoren, die dann teils spezifisch sind.Zuerst der elektromagnetische Kalorimeter, das ist für Elektronen und Photonen.Und nachdem hat es dann keine Elektronen und Photonen mehr, denn die haben sich da drin aufgelöst.Und dann kommen dann die Hadronen, Kaon und Pion, das sind die leichten Teilchenmit Quarks, mit leichten Quarks. Und dann am Ende haben wir die Myonen.Und diese Reihenfolge ist in allen Detektoren dieselbe.Da wo wir einen kleinen Unterschied haben, ist unser magnetisches Feld ziemlicheinfach. Wir haben einen Dipol, also das ist alles was eine elektrische Ladunghat, geht links und die andere Ladung geht rechts.Und dann ab und zu, jeden Monat oder so, wechseln wir das magnetische Feld und dann wird es umgekehrt.Und dann haben wir noch Cherenkov Detektoren, mit denen wir die Teilchen gut unterscheiden können.Denn da messen wir eigentlich deren Masse. Also da können wir Pionen und Kaonenund von Protonen unterscheiden. Die.Die sind für die meisten Detektoren, ATLAS und CMS, die sehen absolut identisch aus.Bei uns können wir die unterscheiden, indem wir einen Detektoren haben mit einemGas, mit einem schweren Gas.Und da fliegen diese Teilchen schneller als die Lichtgeschwindigkeit,nicht die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, Lichtgeschwindigkeit im Gas und dasgibt dann so etwas ähnliches wie die Überschallgeschwindigkeit von einem Flugzeug,dass es dann ein Bumm gibt, ein Quantenbumm und das gibt dann Licht und diesesLicht messen wir und je nachdem in welche Richtung das Licht geht,wissen wir dann wie schnell das Teilchen war und von der Geschwindigkeit könnenwir dann die Masse ausrechnen.
Tim Pritlove
Das ist diese Tcherenkow Strahlung, was man ja auch in der Atmosphäre beobachten kann.Tcherenkow Teleskope nutzen ja genau diesen Effekt aus und schauen sich sozusagenan, ob es irgendwo mal kurz blau blitzt und wenn man dann gut genug hingeschauthat, dann weiß man Bescheid. Ja genau.
Patrick Koppenburg
Okay.
Tim Pritlove
Das heißt das ist so in der Kaskade dann sozusagen hinten angestellt nochmal.
Patrick Koppenburg
Wir haben zwei davon, einen am Anfang und einen anderen am Ende,auf jeder Seite vom Magneten. Das hat damit zu tun, dass wenn wir nur einenbauen würden, müsste er viel zu groß sein.Die inneren Teilchen werden am Ende entdeckt und die, die ein bisschen weitervom LHC Strahl sind, die kommen am Anfang an.
Tim Pritlove
Okay das heißt, das ist sozusagen das Setup und ich würde mal sagen von der Detektorkomplexität,der technischen her ist es überschaubar, weil man eigentlich so Standardtechnik,sag ich mal salopp, Also was halt in den anderen auch installiert ist,ohne gleich so einen großen Popanz zu machen mit irgendwie Riesenmagneten undso weiter, sondern man schaut halt nur in eine Richtung und man ist halt ebenauch sehr spezifisch auf dieses eine Teilchen fixiert bzw.Dann eben auf die Detektion der entsprechenden Ergebnisteilchen,ich weiß gar nicht wie man das nennt, also das Resultat der Auflösung diesesTeilchens sich darauf konzentriert.So und jetzt habt ihr natürlich dasselbe Problem wie alle anderen.Da fallen eine ganze Menge Daten an.Und jetzt muss man ja gucken was ist davon relevant und was ist nicht relevant.Welche Mengen an Kollisionen wird letzten Endes beobachtet?
Patrick Koppenburg
Also jetzt, wir hatten gerade ein Upgrade, um da die Datenmenge zu vergrößern.Da mussten wir einige Detektorteile ändern, denn die konnten da nicht mithalten.Und jetzt schreiben wir so ungefähr 10 Kilohertz, also 10.000 Kollisionen proSekunde von den ursprünglich 30 Millionen.Also das ist noch immerhin ein großer Faktor, den wir rausschmeißen.Aber das ist viel besser als das was wir vorher hatten. Da waren wir so auf1000 bis 2000 Kollisionen.Aber das bedeutet auch, dass wir kommen so langsam an die Grenze der Physik.Das heißt, wenn wir jetzt wenigerschreiben würden oder wenn wir die Kollisionsrate raufschrauben würden,Dann würden wir Signal rausschmeißen.Wir sind am Limit. Das heißt, was dann aus dem Detektor rausgeschrieben wird,das wird dann auch analysiert.Früher am Anfang, als wir kleinere Kollisionsraten hatten,da konnten wir noch ziemlich salopp entscheiden was wir behalten und was nichtund dann offline uns genau die Sachen anschauen und dann entscheiden was dannin die Endalyse geht und was nicht.Diesen Luxus haben wir jetzt nicht mehr. Jetzt müssen wir sofort entscheidenund das heißt innerhalb von Sekunden müssen wir entscheiden was wir schreiben und was nicht.
Tim Pritlove
Innerhalb von Sekunden oder innerhalb von Bruchteilen von Sekunden?
Patrick Koppenburg
Ja, das weder noch eigentlich. Wir haben da eine große Computerform,gerade neben dem Detektor und die machen die ganzen Berechnungen,um eben die Masse und die Position von diesen B-Zerfällen zu finden und aufgrunddieser Information wird dann entschieden.Das muss schnell passieren, denn sonst sammeln sich die Daten an und dann gibt es einen Stau.Wir haben aber auch Harddisks.Wir speichern die Daten. Wir machen eine erste einfache Selektion,dann speichern wir die Daten.Es kann nur ein paar Minuten sein, es kann aber auch bis zu einer Woche gehenund während dieser Zeit machen wir dann die volle Kalibration vom Detektor,da schauen wir uns andere Prozesse an, von denen wir genau wissen,was wir erwarten sollen.Wenn sich ein Detektor verschoben hat,dann kann man das in der Software korrigieren. Man muss es aber wissen.Zuerst lauft man das und dann kommt die zweite Stufe und da wird wirklich die Endanalyse gemacht.Also die Endselektion und am Ende wird dann rausgeschrieben.Diese Idee, dass wir Harddisks benutzen und dass wir die Daten zwischenspeichern,das war noch eine komische Geschichte, denn ursprünglich haben wir ja einfachCPUs gekauft, wir wollten so viel wie möglich Rechenkraft.Und wenn man das bestellt bei den großen Computerfirmen, dann kommt immer einHarddisk mit, obwohl wir die gar nicht brauchen. Das ist ja nicht ein echterComputer, wo wir etwas speichern müssen.Und die rausschrauben, das wäre eine riesengroße Arbeit gewesen.Also haben wir einfach drin gelassen und irgendwann kam dann die Idee,warum brauchen wir die nicht?Könnten wir sie nicht brauchen, um irgendwelche Daten dazwischen zu speichern,damit wir dann auch diese Selektionlaufen lassen, während überhaupt keine Kollisionen passieren im LAC.Der LAC läuft so 10-20% der Zeit und während dem Rest der Zeit passiert nicht viel.Und da kann man diese Computer aber immer noch brauchen. Und damit maximierenwir eigentlich die Effizienz von unseren Computern und schreiben so viel Daten wie möglich raus.Im Endeffekt was definiert, wie viel wir rausschreiben, ist was wir dann offlinein den Zentren von den Universitäten speichern können.
Tim Pritlove
Nur um sich das mal vorstellen zu können, wie groß ist so die Datenmenge einereinzelnen Kollision, die man jetzt aufzeichnet?
Patrick Koppenburg
Was wir aufzeigen sind so ungefähr 100 Kilobyte.
Tim Pritlove
100 Kilobyte pro Minute.
Patrick Koppenburg
Das ist wenn man die ganze Kollision aufzeichnet. Was wir manchmal machen undeigentlich jetzt inzwischen auch meistens machen ist, dass wir nur die Teilchenrausschreiben, die uns wirklich interessieren.Das heißt, die B-Quarks und C- und C-Fall-Produkte.In so einer typischen Kollision, die Bequarks werden immer in Pärchen produziert,da hat es immer ein Bequark und ein Anti-Bequark.Normalerweise finden wir nur einen von beiden, manchmal haben wir Glück und finden beide.Und dann hat es noch ungefähr 100 leichte Teilchen, so Pionen,Karonen, Protonen, Neutronen, die wir überhaupt nicht sehen und so weiter.Und die interessieren uns ziemlich wenig und die können wir dann eigentlichschon am Anfang rausschmeißen.
Tim Pritlove
Das heißt man ist bei 10 KB und nicht bei 100.
Patrick Koppenburg
Ja und dann sind wir nicht mehr bei 100 KB aber bei weniger als 10 KB.Aber das muss man dann immer noch mal 10.000 machen und das ist eine Sekundeund so weiter. Am Ende ist man schnell in den Petabytes.
Tim Pritlove
Ja das ist ja generell eine Herausforderung das zu machen.Aber diese Entscheidung, was man jetzt nimmt und was man nicht nimmt,die muss ja dann auch irgendwie gefällt werden und die muss ja dann vor allemauch extrem schnell gefällt werden, wenn man jetzt 10.000,Messungen hat pro Ding, das heißt ja nicht nur 10.000 Kollisionen passieren,sondern nur bei 10.000 entscheidet man sich dafür sie zu speichern.Da sind ja noch ein paar. Wie viele Kollisionen schmeißt man weg und speichert sie nicht?
Patrick Koppenburg
Ja das sind ungefähr 30 Millionen pro Sekunde.
Tim Pritlove
Also der Großteil wird weg?
Patrick Koppenburg
Die meisten davon haben überhaupt keine B-Quarks drin.Also die kann man ziemlich einfach rausschmeißen und bei den anderen,da hat es dann immer noch B-Quarks, die da waren aber nicht gut genug aufgelöstwurden oder die einen Zerfall haben, die uns nicht interessiert oder irgendetwas.Insofern haben wir das Glück, dass wir genau wissen, was wir messen wollen.Und dann haben wir unsere Liste von Zerfallen, die wir speichern wollen unddann machen wir eine Messung.Das ist nicht so, als würden wir jetzt ein Teilchen suchen und eventuell findenwir es nicht, weil es dann systematisch rausgeschmissen wurde.Wir wissen, was wir messen und wir wissen, welche Zerfälle wir behalten wollenund dann messen wir einfach, wie viel davon wir hatten. und besonders wie vielvon Bequax und wie viel von Anti-Bequax.
Tim Pritlove
So, das heißt jetzt sammelt man so diese ganzen Daten und dann schaut man sichdas danach an und das war es dann eigentlich auch schon.Also ist da noch mehr Magie am Start oder ist das dann quasi schon das Endergebnis?Wie viel nimmt dann die Analyse dieser Daten ein?
Patrick Koppenburg
Ja dann die Analyse selber, da haben wir dann eine große Menge Analysegruppen.Wir sind ja ungefähr 1000 Physiker am Experiment.Und darunter haben wir eine ziemlich große Analysegruppe.Für uns ist groß vielleicht so 20, 30 Leute, die an einer wichtigen Analysearbeiten. Und wir haben auch kleine Gruppe, da sind typischerweise ein Doktorandund sein Professor oder Postdoc.Aber diese Analysen, die dauern dann auch oft ziemlich lang, jahrelang.Die Messung kann man ziemlich schnell machen, aber dann zum genau wissen,wie genau die Messung war und ob man alles verstanden hat, ob man alle Untergründeverstanden hat, das dauert dann eine gewisse Zeit.Und wir haben bis jetzt noch keine Analyse mit den neuesten Daten, die rauskommt.Die meisten Analysen, die wir haben, die Publikationen, die wir machen,das waren Daten bis 2018, denn 19, 20 bis 22 hatte der Detektor überhaupt,hatte der LEC eine Pause.Und aber wir haben immer noch auch Analysen, die Daten benutzen von 2011 und12 und die sich die 2015 bis 18 Daten noch überhaupt nicht angeschaut haben.Sie haben die erste Analyse noch nicht fertig.Normalerweise macht man die in der Reihenfolge. Manchmal auch in der verkehrten Reihenfolge.
Tim Pritlove
Ok, man geht ein bisschen hinterher.
Patrick Koppenburg
Das sind halt Präzisionsmessungen und wenn man da ganz kleine Effekte messen will,dann muss man da ganz genau hinschauen und ganz sicher sein,dass es nicht irgendwie so ein Parasit hat, Das ist etwas, an das man nichtgedacht hatte, das dann so aussieht wie sein Signal und das halt nicht Signal ist.Das ist überall in der Wissenschaft so und bei uns natürlich auch ein Problem,dass wir dann alles ganz genau verstehen müssen.
Tim Pritlove
So jetzt ist ja sozusagen das ausgerufene Ziel ist so CP Verletzungen in irgendeinerForm festzustellen und rauszufinden ob denn irgendwas ist.Aber jetzt hast du ja gesagt alles was bisher beobachtet wurde passt zu demStandardmodell bisher.Was genau müsste denn da passieren, um hier einen Ansatz zu finden für diese Erklärung?Was in diesem ganzen Kollisions-Dekonstruktions-Modell müsste dann anders sein?
Patrick Koppenburg
Wir messen mit immer größerer Genauigkeit diese CP-Verletzung.Wir hoffen immer, dass wenn unsere Genauigkeit besser wird, dass wir dann kleineUnterschiede finden, die bis jetzt noch nicht aufzulösen sind.Diese CP-Verletzung, die kommt ja alles von der schwachen Wechselwirkung.Also das ist ein Quark und aus diesem Quark kommt ein anderes Quark und dann ein W-Boson.Das ist der Vektor von der schwachen Wechselwirkung, das dann irgendwie zerfälltund in entweder Lepton oder dann andere Quarks.Was möglich wäre, ist, dass es andere Teilchen gibt, die da in diesem Spielauch mitmachen, die noch nicht entdeckt wurden.Eigentlich ein Weboson ist ein Faktor 20 schwerer als ein Bequark.Das ist überhaupt nur möglich dank Heisenberg und der Quantenmechanik,dass die überhaupt da mitspielen.Die entstehen für eine ganz kurze Zeit und dann verschwinden sie sofort wieder.Im Endeffekt wurde Energie behalten, aber im kürzeren Moment wird etwas produziert,das eigentlich schwerer ist als ein Bigfrog.Und da könnten wir auch noch viel schwerere Teilchen produzieren,die da mitspielen, die eventuell zu schwer sind für den LHC,dass sie in den direkten Kollisionen gar nicht gefunden werden könnten.Von Atlas und CMS. Und die würden dann unsere Messungen leicht ändern und jegenauer wir messen, desto schwerere Teilchen, können wir empfindlich sein für schwerere Teilchen.Je genauer wir werden, desto höher gehen wir in der Massenskala.
Tim Pritlove
Was ist denn jetzt so gefunden worden bisher? Also ich meine man hat vielleichtnicht unbedingt jetzt alles das gefunden,was man gerne finden möchte, aber so ist es halt nun mal mit der Wissenschaft,man kriegt das nicht alles immer so serviert, wie es bestellt wurde,aber trotz alledem dürfte ja aus den Daten auch schon eine ganze Menge Erkenntnissaftgemolken werden können.Was hat dieser Detektor alles herausfinden können bisher? Worauf weist du es hin?
Patrick Koppenburg
Ja, wir haben sehr viele Zerfälle entdeckt, die noch gar nicht bekannt waren,die dann mit mehr Daten dann auch wieder neue Studienobjekte werden.Am Anfang sieht man nur zwei oder drei und dann kann man sich ausrechnen,ja, in zehn Jahren habe ich dann genug, um eine neue Messung zu machen.Wir haben auch neue Teilchen entdeckt. Das sind Teilchen aus Quarks,also nicht fundamentale Teilchen.Besonders waren wir da groß in der Presse wegen der Entdeckung von Pentaquarks und Tetraquarks.Das ist eigentlich etwas, das wir gar nicht wirklich auf dem wissenschaftlichen Programm hatten.Das kam nur aus den Daten raus.Aus übrigens einer dieser CP Verletzungen Analyse. Da haben wir uns die Daten genau hingeschaut,nicht verstanden was da passiert in diesen Daten und da war dann ein Untergrund,da war dann dieser Pentaquark und diesen Zerfall konnten wir nur modellierenindem wir einen Pentaquark einbezogen haben.
Tim Pritlove
Penta S5?
Patrick Koppenburg
Trenta S5, das sind Objekte mit vier Quarks und einem Antiquark.Und wir haben auch Tetraquarks mit zwei Quarks und zwei Antiquarks.Irgendwann werden wir vielleicht Gruppen von sechs finden.Da hätten wir dann zwei Möglichkeiten, entweder drei und drei oder sechs Quarkin einem Päckchen oder sechs Antiquarks.Das sind die Möglichkeiten, die es gibt. Was uns das sagt, das ist keine neuePhysik, das ist, das erklärt uns wie die starke Wechselwirkung,die QCD, Quantenchromodynamik, wie das funktioniert.Und das ist das schwierige Thema in dieser ganzen Forschung,weil man da sehr schwierig, sehr schlecht Vorhersagen machen kann.
Tim Pritlove
Also ich hab bisher das so verstanden, dass die Quarks eigentlich und deswegenja auch diese Analogie mit der Farbe so in Dreierpärchen daher kommen.Und weil man eben drei hat und man Wissenschaft ja immer nach einfachen Analogien aussicht halten,dann sozusagen den Vergleich mit der Lichtmischung gemacht hat und dann ebensozusagen das Wort Farbe benutzt, um hier etwas auszudrücken,dass man hier so ein Ternäresystem hat eigentlich.Also was sozusagen aus drei Komponenten besteht.In dem Fall halt sozusagen diese Analogie zu rot, grün, blau,auch wenn es mit Farbe alles nichts zu tun hat.Und das ist sozusagen das Wirken dieser Quarks,die kombinieren sich halt und das klassische Beispiel ist halt die Protonenund die Neutronen in jedem Atomkern, die sich eben aus je drei Quarks, aber dann halt eben...Der eine und der andere Variante, also Up- und Down-Quark, sozusagen zusammensetzen.Und jetzt kommen Penta-Quarks um die Ecke und Tetra-Quarks und sagen so,ja nö, geht aber auch anders. Wie passt das jetzt zusammen?
Patrick Koppenburg
Ja das passt zusammen. Wir haben auch Mesonen, das sind Gruppen von zwei mitimmer einem Quark und einem Anti-Quark.Also da ist zum Beispiel Grün und Anti-Grün.Im Endeffekt will man immer farbneutral sein. Warbige Objekte gibt es nicht in der Natur.Ich kann Meson haben, Quark-Antiquark mit Grün und Antigrün, Resultat Null.Ich kann Proton haben mit Rot-Grün-Blau, Resultat ist Weiß, das geht auch.Und dann kann ich einen Tetraquark haben, das sind dann zwei Pärchen,also Grün-Antigrün und Rot-Antirot zum Beispiel, das geht auch.Und die Pentaquarks, die wären dann wie ein Proton und ein Meson zusammen,also grün, antigrün und dann noch grün, blau, rot und das gibt dann auch wieder weiß.
Tim Pritlove
Anti heißt doch jetzt Antimateria.
Patrick Koppenburg
Ja, ich habe da Antiquarks drin.
Tim Pritlove
Aber ich dachte die sind immer gleich wieder weg, wenn sie da sind.
Patrick Koppenburg
Die zerfallen sehr schnell.
Tim Pritlove
Also sozusagen sehr vorübergehende Zustände, die jetzt im Rahmen dieser Kollisionstattfinden. Es ist nicht so, dass jetzt auf einmal Fünfergruppen durch dasStandardmodell marodieren und alles durcheinander bringen?
Patrick Koppenburg
Nein, nein, nein. Also diese exotische Hadronen, wie man sie nennt,das sind, die leben ganz, ganz kurze Zeiten, so 10 hoch minus 23 Sekunden.Ich glaube, wir haben einen gefunden, der lebt zu 10 hoch minus 21.Das war dann schon Weltrekord.In der Lebensdauer, in der langen Lebensdauer. Die verschwinden sofort.Diese zwei Quarks und Antiquarks, die drehen umeinander rum und irgendwann sehensie, da ist da ja jemand und dann pups, dann gibt es eine Annihilation und diezerfallen in irgendetwas leichteres.
Tim Pritlove
Was kann denn jetzt sozusagen der Beitrag sein aus diesen Messungen,die meine LACB nimmt so für das weitere Verständnis der Physik und in welcheder Theoriewelten, die gerade so verfolgt werden, reicht das alles noch mit rein?Ist aus meiner Position auch ein bisschen schwer nachzuvollziehen.Wahrscheinlich generell ein bisschen schwer nachzuvollziehen,aber ich hab auf jeden Fall mit zu kauen.
Patrick Koppenburg
Also wir haben da, da müssen wir vielleicht mehrere Themen diskutieren.Zuerst mal die ganze Themengruppe über QCD.Alle diese Teilchen, die wir entdecken mit den Pentaquarks und Tetraquarks,aber es gibt auch Barion, also Dreierquarks,die wir entdeckt haben, Die erzählen uns etwas über QCD,über wie Quarks sich zusammenformen und welche Gruppen von Quarks überhauptmöglich sind, von der Natur aus erlaubt sind, auch wenn nur für sehr kurze Zeit und welche nicht.Und da wir mit QCD keine Vorhersagen machen können, weil alle Rechnungen sindhoffnungslos, Also QCD, Quanten Chromodynamik, also dieses Farbenmodell vondem wir gerade gesprochen haben.Ja, dieses Farbenmodell mit dem kann man sehr schnell sehr schwierig Vorhersagen machen.Brauchen wir Daten die dieses Modell verbessern, man kann nicht von den Grundprinzipien,vom Standardmodell, Von den Gleichungen kann man nichts ausrechnen,aber man kann das modellisieren, was...Aufgrund von Messungen, die gemacht wurden. Je mehr Messungen wir machen,desto besser versteht man das.Es gibt auch dann verschiedene Techniken, diese Berechnungen zu machen,die man dann auch darauf eichen kann und bessere Vorhersagen machen.Und das ist wichtig, um die CP-Verletzung zu verstehen und um seltene Zerfälle,da komme ich dann noch drauf, zu verstehen.Aber auch für Forschungen von Atlas und CMS und Alice.Wir haben alle das Problem, wir haben Protonen, die eine Kollision machen. Das sind Quarks.Da hat es diese Farben und diese Gluonen, die zusammenbinden.Und da muss man dann immer genau verstehen, was, wenn wir etwas messen,was ist ja jetzt die Physik, die uns interessiert?Und was ist eigentlich nur das dreckige QCD, das man nicht richtig verstehenkann und das eigentlich ziemlich uninteressant ist, weil es sehr auf sehr tiefe Energien ist.Da hat es immer diese Suppe mit leichten Quarks und leichten Gluonen,die man berücksichtigen muss, aber die man nicht wirklich beschreiben kann mathematisch.Und daher machen wir auch Messungen in dem Sektor, um das besser zu modellieren.Dann haben wir noch ein großes Programm, um eben diese neue Teilchen,neue Physik zu finden, die eventuell von den anderen Experimenten nicht sichtbarist, weil es einfach zu hoch in Energie ist, in Masse.Und die über Quanteneffekten in den Zerfällen von den B-Mesonen auftauchen.Und bis jetzt hatten wir...Regelmäßig haben wir da einige Messungen, wo man dann Augen öffnet,oh da ist etwas, da könnte etwas sein und dann messen wir genauer und dann verschwindet es wieder.Also bis jetzt haben wir nichts, wo wir klar sagen können, oh da ist neue Physik.Aber wir gehen immer näher dran und wir sind aber noch ziemlich weit von derAuflösung, von der ultimativen Auslösung vom Detektor und auch vom Standardmodell.Wir können noch weiter vermessen und wir haben noch gute Möglichkeiten,Abweichungen zu messen zwischen dem Standardmodell und den anderen Modellen,die irgendwelche Teilchen vorhersagen, die dann erklären könnten,warum das Universum so ist, wie es ist.Was wir wissen ist, dass das Standardmodell falsch ist. Wir wissen nur nicht wo und wie genau.
Tim Pritlove
Warum wissen wir das? Was ist falsch?
Patrick Koppenburg
Was falsch ist, also der Hauptgrund für mich ist die Kosmologie. Da passt etwas nicht.Die CP-Verletzung ist nicht groß genug, einige Leute werden dunkle Materie sagen,aber da kann man nicht ultimativ beweisen, dass das etwas mit dem Standardmodellzu tun hat, dass das wirklich Teilchen sind.Es könnten ja auch kleine schwarze Löcher sein oder sowas. Das ist auch nichtvöllig ausgeschlossen.Das wird oft gesagt, aber tatsächlich, wenn es ein Teilchen ist,dunkle Materie, dann ist es im Schwandartmodell nicht drin. Da brauchen wirauch einen neuen Sektor.
Tim Pritlove
Also es ist nicht vielleicht zwangsläufig falsch, es ist nur nicht vollständig.
Patrick Koppenburg
Genau, ja. Wir sehen das immer als eine Approximation, die sehr gut funktioniertfür die Energien, die wir als Menschen produzieren können und studieren können.Wenn man denn unendlich hoch geht, dann weiss man, dass es irgendwann mal zusammenfällt.Aber so weit sind wir noch nicht gekommen.Und das ist das ähnlich wie die Gravitation von Newton, das passt ganz gut.Für alles was wir Menschen machen geht es ganz gut. Und das ist das nur wennman so langsam GPS Satelliten um die Erde schießt, dass man merkt,ah ja jetzt brauche ich generelle Relativität, da funktioniert Newton nicht mehr.
Tim Pritlove
Oder halt Planetenumlaufplanen.
Patrick Koppenburg
Genau so, Präzession von Merkur und so weiter.Das sind diese kleinen Effekte, die wir eben suchen zum Beweisen, dass da ist was.
Tim Pritlove
Ich finde das faszinierend, weil das ist jetzt alles sehr komplexe Geschichteso mit all diesen ganzen Teilchen und wie sie interagieren und diese zahlreichenEbenen und was kann in was verteilt werden.Aber im Prinzip, wenn man einen Strich drunter zieht, ist es halt so,diese ganze Detektion, diese ganze permanente Beobachten, höher auflösen,genauer hinschauen, Relevanz erkennen und die dann eben speichern,um sie später analysieren zu können.Also das, was der LHCb-Detektor macht, was die anderen Detektoren natürlichim Prinzip genauso machen,das ist alles so eine permanente Unterfütterung der allgemeinen Forschung undauch der Unterstützung oder eben auch vielleicht der Auslöschung bestimmter Theorien,die halt so im Raum stehen, die ja alle irgendwie so ein bisschen Kandidat zu sein scheinen für okay,wir fixen jetzt das Standardmodell, wir erklären halt auch noch das,was bisher nicht erklärt wurde und da ist die Antimaterie sozusagen so ein Baustein,der irgendwie noch nicht so richtig erklärt ist.Die dunkle Materie ist so dieses, ja Loch hätte ich jetzt fast gesagt,also sozusagen dieser Bereich, der nicht genug Daten liefert,warum man sich denn so verhält, wie er sich verhält mit der Gravitation.Nicht zu reden von der dunklen Energie, die unser Universum expandiert,auch dafür gibt es keine Erklärung. Plus dann eben diese ganzen Brücken,die derzeit versucht werden zu bauen mit Supersymmetrie und sozusagen.Generell natürlich dieser großen Frage,ja, so das eine Modell, was irgendwie alles erklärt, wo dann am besten auchnoch Gravitation mit dabei ist und dann hoffe ich, es ist auch Teleportationdabei, dass man das auch mal erledigt.Magst du noch zum Abschluss irgendwas hinzufügen, was du dir so wünschst oder wo du drauf setzt?Ich meine bisher habt ihr vielleicht nicht unbedingt das gefunden,was ihr finden wolltet, aber andere Sachen gefunden. Was ist so das Potentialin dem Projekt, wo ihr noch drauf hofft?
Patrick Koppenburg
Ja, wir sind jetzt in der Phase, wir haben einen neuen Detektor aufgebaut.Effektiv ist dieses Upgrade war ein riesiges Projekt.Unser Detektor ist jetzt alles installiert. Jetzt müssen wir noch die ganzenneuen Detektoren verstehen und das ist natürlich auch sehr spannend jetzt,dass wir wir sind in einer Phase, wo wir von der Phase 1 vom Experiment zurPhase 2 gehen, die eigentlich ursprünglich nicht vorgesehen war.Und in der wir sehr viel mehr Daten nehmen und das müssen wir jetzt alles verstehenund hinkriegen, wenn möglich so schnell wie möglich.Denn natürlich der LRC läuft und produziert Daten, die wir jetzt noch nichtrichtig bearbeiten können, weil noch nicht alles zusammenpasst.Und was uns jetzt am meisten beschäftigt ist das, dass wir diesen zweiten Detektor zum Laufen bringen.Und wenn das dann gemacht ist, dann werden wir eine Kollisionsrate von Faktor5 höher haben als das, was wir früher hatten. Das ist vielleicht auch noch ein kleiner Unterschied.Es ist ähnlich wie bei ALICE, wir haben nicht die gleiche Kollisionsrate wieATLAS und CMS, wir schieben die einen Strahl vom LHC ein bisschen weg.Damit sie nicht frontal aufeinander kommen und daher haben wir eine Kollisionsrate,die leicht ein bisschen niedriger ist.Wenn wir die gleichen hätten als Atlas und CMS, dann würden wir uns in unseremDetektor überhaupt nichts mehr sehen.Elektronisches Signal wäre dann völlig schwarz, überall wäre etwas.Also wir müssen das ein bisschen so, ja. Too much.
Tim Pritlove
Also wenn die anderen gar nicht genug kriegen können.
Patrick Koppenburg
Ja genau, bei uns versuchen wir zu optimieren und wir wollen das jetzt optimalein bisschen hochschrauben, damit wir mehr Daten bekommen und in unseren Messungenimmer genauer an Standardmodelle rankommen.
Tim Pritlove
Alright, dann würde ich sagen, machen wir mal den Deckel drauf.Patrick, vielen vielen Dank für die Ausführungen.Und ja, damit schließe ich hier auch meine Runde ab beim Zernen und hoffe hierEinblicke gegeben zu haben in die komplexe,aber auch abenteuerliche Exploration unserer Grundlagen und der Forschung,die bis weit ins All hinein reicht.Weil das ist halt so, das was mich auch so ein bisschen motiviert hat.Raumzeit hat ja so ein bisschen mit der Kosmonologie bisher ein bisschen gespielt,sagen wir es mal so, weil es ging viel um die Raumfahrt und die Ziele,aber letzten Endes geht es ja um das gleiche.Es geht ja um das Erstreben sozusagen zu erklären, was wir eigentlich sehen,was wir wahrnehmen und vielleicht auch eben das, was wir nicht sehen.Wie dunkle Materie. Aber einfach irgendwie um Erklärungsmodelle zu machen,um dann einfach immer wieder an so einem bestimmten Punkt so einen Sprung machen zu können.Und ich denke, das charakterisiert ja die wissenschaftliche Entwicklung derletzten 100 Jahre extrem stark. Man hat ja immer wieder so Phasen,wo man das Gefühl hat, es passiert irgendwie gar nichts. Alle sammeln irgendwieDaten, was macht ihr denn da eigentlich?Und dann gibt es immer wieder so einen Punkt, wo dann so, ah ja,jetzt passt auch irgendwie alles zusammen.Und das kann ja jederzeit passieren. Also es kann irgendwie morgen soweit sein,dass wieder irgend so ein Durchbruch verkündet wird. und dann ergeben auch alleanderen Experimente vielleicht wieder ganz anderen Sinn.Alright, ich sag nochmal danke, danke fürs Zuhören. Das war's jetzt von mir, vom CERN.Demnächst geht's dann wieder weiter mit anderen Sachen.Tschüss und bis bald.
Shownotes
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