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JWSTreffer

Meldung vom JWST: Ja, da in dem Bild da hinten der kleine ziemlich rot dargestellte Fleck, das ist eine Galaxie, die ist älter als alle Galaxien, die bisher irgendwo abgebildet wurden. Oder anders formuliert: Das neue, jetzt produktive Infrarotteleskop hat schon in den ersten Wochen seiner Datensammlung einfach zu erreichende Rekorde erreicht. Schließlich ist eine Abbildung eienr ätesten Galaxie alleine noch keine besondere Wissenschaftliche Leistung. Sie ist ein Anzeichen, dass das Infrarotteleskop seine Aufgabe (stark rotverschobene, alte Objekte abbilden) erfüllen kann. Ernsthafte Erkenntnisse kommen dann, wenn aus den Daten Erkenntnisse gewonnen werden.

Auf Twitter flog ein Vergleich bei mir vorbei, wo Meldungen zum LHC mit solchen zu JWST verglichen wurden. Dabei wären die JWST-Meldungen gerade vergleichbar damit, dass die LHC-Experimente besonders 'hübsche' Bilder von einzelnen Kollisionsdaten veröffentlichen würden. Ich weiß nicht, wie ansehnlich man einzelne Events der LHC-Experimente darstellen kann, und ob das dann Interesse auslösen würde (kann ja mal jemand versuchen), aber ernsthafte Erkenntnisse fallen beim LHC eben auch erst dann raus, wenn auf einer riesigen Datenmenge Auswertungen gemacht werden, und dann wie bei LHCb mal ein weiteres bisher nicht gemessenes vier-Quark-Teilchen rekonstruert wird. Ansehen kann man sich da nur nichts direkt, dafür ist dann doch zu viel rechnerei nötig.

Im Endeffekt dürften aber beide Projekte dazu führen, die Erkenntnisse, die der Menschheit zur Verfügung stehen, auszudehnen. Daran kann ich nichts Schlechtes finden.

Gewebbt

Und dann war am 11. Juli spät abends (MESZ) der Zeitpunkt gekommen, wo das Space Telescope Science Institute genug Teaser fallen gelassen hatte und mit dem amtierenden Präsidenten der UsA das erste fertige Bild des neuen JWST veröffentlicht hat. Das Bild ist ein bisher nicht erreichter Blick in die Tiefe (und damit Vergangenheit) des sichtbaren Universums, aus dem man erahnen kann, wie viel mehr als die bisherigen Instrumente JWST messen können wird. Ja, die Lichter mit sechs Ausläuferrn sind wohl Sterne, alles andere sind Galaxien. Und diejenigen, die komisch verformt sind, dürften nicht wirklich so aussehen, sondern zwischen denen und uns sind schwere Objekte, die als Gravitationslinse die Lichtstrahlen abgelenkt haben. Ich rate mal: schon daraus dürften sich Positionen von nicht abgebildeten, schweren Objekten ableiten lassen. Für den Anfang ist das schon mal ganz gut. 

Large Hadron Collision Time

Das hatten wir zu lange nicht mehr: Der LHC ist nach einem länger als geplanten Long Shutdown wieder komplett gestartet und hat am 5. nachmittags (16:47:08, laut Announcer) die ersten Stable Beams bei der neuen Hochenergie von 6800 GeV deklariert. Das ist zwar nicht wirklich die erste Phase Stable Beams seit LS2, genau genommen gab es die ersten paar Runden schon im Oktober 2021, und auch zwischendurch immer mal wieder. Spoiler: Der Acellerator Mode ist inzwischen nicht nur bei Beam Mode Setup änderbar. Was aber neu ist: Kollisionen von Protonen-Gruppen bei 6,8 TeV, bei denen alle Instrumente genau hinsehen dürfen. Happy Proton Physics!

LHC-Restart Run 3

Seit Freitag, dem 22.4. ist am CERN der LHC wieder im Setup mit Beams. Spannenderweise haben die dabei weniger Zeit mit Einmessung von irgendwelchen Optiken verbracht, und schon am 25. die ersten Ramps auf die neue Ziel-Energie von 6,8 TeV (immer noch nicht ganz die 7 TeV für die LHC ausgelegt ist, aber immerhin mehr als die 6,5 vom letzten Lauf vor dem LS2) gemacht. Wenn ich den Plan richtig interpretiere, sollte die Einrichtung bummelig nen Monat brauchen, bis dann wieder Physik-Läufe anstehen. Das dürfte dann also auf Ende Mai rauslaufen, mit ernsthaften Energien ab Juni.

In der Zwischenzeit ist ja aus den Daten vom Tevatron ein Hinweis auf Abweichungen vom Standard-Modell ermittelt worden, als das W-Boson mit zu viel Masse gemessen worden wäre (ich vermisse da ne Aussage, wie sicher das als Messung ist, zum Beispiel aus LHC-Daten). Da gäbe es zumindest eine Richtung, wo man noch Daten draufkippen kann.

LHC startet ganz langsam

Den Nachrichten ist das keine Meldung Wert, aber mir schon: In den letzten Wochen sind die langierigen Arbeiten im und am LHC in eine Phase eingetreten, dass der ringförmige Teilchenbeschleuniger wieder mit ersten Protonen-Ladungen befüllt wurde. Da ist jetzt noch nicht viel Spannung bei, die Energielevel sind noch bei verhältnismäßig überschaubaren 450 MeV, also Injektionsenergie für den LHC, aber wenn ich das richtig interpretiere, geht es erstmal ohnehin darum, irgendwelche Komponenten des LHC einzustellen, bevor die Energien (und damit auch mögliche Gefahren für empfindliche Technik) gesteigert werden. In dem Rahmen gab es auch schon mal Protonen, die in der Nähe der Experimente in Barrieren geschickt wurden, so dass die Experimente die 'Spritzer' ("splashes" auf englisch" der Kollissionen messen konnten. Und dann gab es auch noch Stable Beams, aber eben nur bei 450 MeV. Von dem her, was der LHC erreichen kann, ist das alles eher Kleinkram. Wenn man weiß, dass es aber nur den einen LHC gibt, ist auch solcher Kleinkram eben etwas, was nicht oft passiert. Kaputtspielen will man so ein Gerät auch lieber nicht.

Und dann hat am 1. November das Jahr im LHC schon wieder geendet. Bei einem vollständigen Jahr wäre noch ein Lauf mit Ionen dran gewesen, aber das lohnt sich wohl nicht, und so ist dann wieder YETS (Year End Technical Stop). Reparaturen sollten da noch nicht nötig geworden sein, so mit gerade mal ein paar Tagen Laufzeit.

Einerseits, andererseits

Vom 1. Dezember stammen zwei Meldungen rund um Weltraum-Themen, die einerseits traurig sind und andererseits erfreuen. 

Auf der traurigen Seite: Das Arecibo-Teleskop, dessen Reparatur gerade erst als zu aufwendig abgelehnt worden war, ist hart abgestürzt. Damit ist nicht nur die Instrumenten-Plattform zerstört, sondern auch der Reflektor in Mitleidenschaft gezogen worden. 

Erbaulicher: Die chinesische Mondsonde ist auf selbigem gelandet. Die wird dort Proben einsammeln, und zur Erde schicken. Das wird hierzulande zwar berichtet, aber nicht so deutlich, wie es eine vergleichbare US-Mission verbreitet worden wäre. 

LHC Run 2 vorbei

Erwartbares von einem Teilchenbeschleuniger in Schweiz und Frankreich: Beim LHC ist am frühen Montag, 3. Dezember der letzte Teilchenstrahl von Run 2 gedumpt worden. Das Physik-Jahr war schon am Abend vorher beendet worden, aber vor einem Long Shutdown können die Verantwortlichen auch riskantere Tests in der Maschine erlauben, wenn eventuelle Auswirkungen ohnehin nur eine kurzfristige Behinderung für einen Betrieb wären.

Jetzt steht beim LHC nicht nur die jährliche Wartung an, sondern ein rund zwei Jahre dauernder Stopp. Da stehen im LHC und den diversen Vorbeschleunigern eine Reihe Verbesserungen an, wobei für den LHC das Ziel der HL-LHC (High Luminosity LHC) ist, der 2025 erreicht werden soll. In Sachen Forschungsergebnisse ist es seit der Higgscovery im LHC nicht zu riesigen Entdeckungen gekommen, ein vermutetes Messergebnis aus einem Jahr hatte sich im nächsten Jahr wieder zerstreut, und so fehlen spektakuläre Funde. Was in sich vielleicht auch ein Ergebnis ist, aber irgendwie enttäuschender ist als irgendwelche gefundenen Teilchen. Mal sehen, ob die Forscher aus den in Run 2 eingesammelten Datenmassen nicht doch noch unerwartete Ergebnisse ermitteln können, die eben dadurch auffallen, dass sie niemand erwartet hat (angeblich soll ja bei der Entdeckung eines Teilchens ein Wissenschaftler mal ausgerufen haben "who ordered that?").

Kilono-was?

Erinnert ihr euch noch daran, was für eine Meldung das war, als das LIGO-Experiment die erste Messung von Gravitationswellen veröffentlicht hat? Gestern gab es eine Veröffentlichung ähnlicher Größenordnung: Und zwar ist eine "Kilonova" beobachtet worden. Konkret haben die Gravitationswellen-Teleskope von LIGO und Virgo ein Ereignis gemessen, bei dem zwei Neutronensterne verschmolzen sind, und das haben dann auch diverse Teleskope beobachtet. Das ganzen läuft unter der Bezeichnung "Kilonova" die ich vorher aber noch nie gehört habe. Dadurch, dass das Ereignis von so vielen Detektoren anvisiert wurde, waren Gerüchte über eine anstehende Veröffentlichung auch schon länger im Umlauf.

Dass Sternenverschmelzungen auch in Form von Gravitationswellen zu messen sein sollten, war schon bekannt, immerhin sind Schwarze Löcher nur besonders schwere Sterne. Die Frage war mehr, wie gut man die Messdaten aufbereiten muss, bis man die Gravitationswellen erkennen kann. Und nun gibt es also Ereignisse, die von Gravitationswellen- und klassischen Teleskopen beobachtet wurden. Faszinierend, diese Wissenschaft. Ähem: Science!

Lichteraktionen

Mir war für heute mal nach einer lockeren Meldung aus der Wissenschaft: Beim LHC gibt es mal einen Hinweis auf eine möglicherweise irgendwann kommende Entdeckung. Und zwar hat das ATLAS-Experiment in den Daten der Ion-Ion-Kollisionen, die zuletzt Ende 2015 liefen, Hinweise darauf gefunden, dass sich neben den Ionen auch Photonen getroffen und beeinflusst haben könnten. Das ganze ist alles sehr zurückhaltend formuliert, weil einerseits extrem wenige Events Daten geliefert haben für die Veröffentlichung (13 Events), es sich ohnehin um eine Signifikanz von weniger als den geforderten 5 Sigma (hier: 4,4. Erwartet waren wohl sowas wie 9 Events als Hintergrundrauschen) handelt, und es keine vergleichbaren Messungen eines anderen Instruments (CMS fällt mir da ein) an einem vergleichbaren Teilchenbeschleuniger (da wird die Luft plötzlich extrem dünn) bekannt sind, die in die gleiche Richtung deuten. Sollte es sich aber wirklich um eine valide Messung handeln, wäre damit gezeigt, dass Lichtteilchen-Wellen auch andere Lichtwellen-Teilchen beeinflussen können. Unter praktisch extrem seltenen Bedingungen, so dass der Effekt noch nicht irgendwo aufgefallen sein kann.

Ich find's ja spannend, was für Erkenntnisse man immer noch aus den Messdaten der letzten Jahre rausholen kann, wenn man sonst nichts aufregenderes zu tun hat. Dass bisher noch Hinweise auf irgendwelche symmetrischen oder supersymmetrischen Partner der bekannten Teilchen des Standardmodells und Spuren von Dunkler Materie oder Dunkler Energie vermisst werden, erwähne ich nur für den Fall, dass hier jemand lesen sollte, der noch Ideen bräuchte, in welcher Richtung weitere Forschung ganz angemessen sein könnte.

EYETS beendet

Erbauliche Nachricht von einem gewissen Kollidierer Großer Hadronen: Beim LHC ist die verlängerte Winterpause beendet, und heute wurde zum ersten Mal dieses Jahr Stable Beams deklariert. 

LHC Page 1 kurz nach dem Beginn der Stable Beams

LHanC

Erbauliche Meldung von der Teilchenbeschleunigung: Nach dem verlängerten Jahresende ist der LHC wieder aktiv. Da stand ja von Mitte Dezember der 'Extended Year End Technical Stop' an, wo alle möglichen Wartungsarbeiten in und an den Systemen anstanden. CMS hat zum Beispiel in der Zeit einen neuen Pixel Detector bekommen, ein Beschleuniger-Magnet wurde gewechselt (was offensichtlich nicht funktioniert, wenn der auf Betriebstemperatur (2K) ist), irgendwo wurden nicht mehr benötigte Kabel entwernt, und so weiter. Die Vorbeschleuniger sind schon seit Ende März der Reihe nach wieder in Betrieb gegangen. Im LHC liefen die Vorbereitungen seit Mitte April, wo alle Magnete auf Betriebstemperatur abgekühlt wurden, die Stromverbindungen getestet wurden (indem unter sorgfältiger Beobachtung Strom eingeleitet wurde), und die verschiedenen Schutzsysteme wurden darauf getestet, ob sie im Fehlerfall den Schutz der Maschine sicherstellen könnten. Am Samstag stand dann der nächste Schritt an: Es wurden wieder erste Protonenpakete in die Ringe geleitet. Die wurden jeweils sektorweise weiter um den Ring geleitet, bis am Abend in beiden Richtungen Protonenstrahlen mit 450 MeV Energie um den Ring kreisen konnten.

Die nächsten Schritte danach sind noch, dass weiter getestet werden muss, wie sich die gesamte Maschine verhält, bis in rund einem Monat wieder Protonen aufeinander losgelassen werden, um in den Experimenten Kollisionsdaten einzusammeln, aus denen die Physiker dann ihre Schlussfolgerungen ziehen können. Ein paar Hinweise, in welchen Richtungen man weiterforschen kann, gab es inzwischen doch schon, da bleibt zu hoffen, dass das Wissen weiter zunehmen kann.

LHgebnis

Erinnert ihr euch noch, wie Ende letzten Jahres aus den LHC-Experimenten ATLAS und CMS Aufregung wegen einer möglichen Entdeckung kam? Da gab es ja einen Überschuss von gemessenen Zerfallsprodukten in einem bestimmten Energielevel (750 GeV), die andeutete, dass das vielleicht ein bisher unbekanntes Teilchen sein könnte. Der Überschuss war aber mit den Daten aus 2015 nicht hoch genug, um das als Treffer gelten zu lassen (2 Komma irgendwas Sigma statt der benötigten 5 Sigma). In den letzten Monaten hat der LHC nun so oft und lange wie technisch möglich Protonen auf andere Protonen treffen lassen, mit eben dem Ziel, den Experimenten so viele Daten zur Verfügung zu stellen, wenn im August Auswertungen verkündet würden. Dieser Termin war am Freitag.

Das Ergebnis ist anders als 2012 aber ernüchternd: Von dem möglichen Teilchen ist mit den zusätzlichen Daten nichts mehr zu sehen. Was mit den Daten aus 2015 noch wie ein mögliches Messergebnis aussah, hat sich wieder in das Grundrauschen einsortiert. Damit gibt es dann wieder keine Spur der Physik, die über das Standardmodell hinausgeht. Wenn man mal davon absieht, dass die Astrophysik Dunkle Materie (anziehende Kraft, die Galaxien zusammenhält) und Dunkle Energie (abstoßende Kragt, die das Universum ausdehnt) vorhersagt, womit die vom Standardmodell beschriebenen Teilchen bummelig 6 Prozent der Materie im Universum ausmachen. Von den anderen Teilchen haben die Teilchenphysiker nur schlicht noch keine erwiesenen Messungen.

WeaseLHC

Zum Feiertag gibt es mal eine völlig unpolitische Geschichte: Letzten Freitag früh war der LHC gerade dabei, ganz entspannt in Stable Beams Protonenkollisionen abzuliefern, als gegen 5:30 eine "electrical perturbation" auftrat, also irgendwas mit der Stromversorgung komisch war. Stellt sich raus, bei Punkt 8 hat wohl ein Steinmarder (in den ersten Meldungen englisch als Weasel bezeichnet) auf einem Transformator und den dazugehörigen Starkstromleitungen rumgeturnt. Irgendwie hat das dann dazu geführt, dass erst die 18kV-Leitungen einen Blitzschlag hingelegt haben, bevor die 66kV-Leitungen in der direkten Nachbarschaft auch Strom außerhalb der geplanten Bahnen geleitet haben. Den Marder hat es dabei wohl erwischt, wobei mir (zum Glück?) keine Bilder begegnet sind, wo man irgendwas erkennen konnte, was früher mal ein Tier gewesen sein konnte.

Für den LHC hatte der Ausfall eine direkte Auswirkung: Der Transformator war ausgefallen, und im Ring fehlten den Punkt 8 umrundenden Sektoren lange genug die Stromversorgung, dass es die Kühlung zerlegt hat. Beim Transformator hat es wohl nur ein paar Kabel zerlegt (die haben das komischerweise nicht so gerne, wenn da Strom außen rumschwirrt), deren Reparatur ein paar Tage gedauert hat (ich las irgendwo etwas von Mittwoch). Zum Glück für den Zeitplan, konnten die Stromversorgungen aus den angrenzenden Sektoren der Kühlung aushelfen, so dass seit Mittwoch alle Sektoren wieder auf Betriebstemperatur (irgendwas unter 2 Kelvin) angekommen sind. Das Maximum lag da zwischendurch übrigens bei kuscheligen 6 Kelvin, da fasst man auch keine metalle an, wenn man das entsprechende Körperteil nicht verlieren will. Wenn der Transformator am Donnerstag wieder verfügbar ist, sieht der Plan vor, dass die Maschineneinrichtung (Commissioning) wieder mit ein paar Runden gemütlichen Protonenkollisionen weitergeht, und hoffentlich weder von Killerbaguette (2009) oder irgend welchen Tieren gestört wird. Und wenn dann alles glatt geht, darf die richtige Physik-Phase dann mit einer Woche Verzögerung hoffentlich loslegen. Immerhin gibt es da Spuren eines bisher unbekannten Teilchens, die von CMS und ATLAS jeweils in der Region 750 GeV gesichtet, aber nicht bestätigt werden konnten.

Grawellen

Spannende, wenngleich vermutete Meldung: Die LIGO-Detektoren haben bereits im vergangenen Jahr Gravitationswellen gemessen. Das haben heute die Forscher öffentlich verkündet. Warum zwischen Messung und Meldung so viel Zeit vergangen ist, dürfte daran liegen, dass die Forscher erstmal sicher sein wollten, ein echtes Signal gemessen zu haben, das dann alles sauber aufgeschrieben, eingereicht, geprüft und jetzt veröffentlicht haben. Gerüchte über die Messung gab es entsprechend bereits eine Weile.

Mit den Gravitationswellen ist nun auch die letzte bisher unbewiesene Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein nachgewiesen worden. Einstein selbst ging wohl nicht davon aus, dass diese winzigen Verschiebungen in der Raumzeit messbar wären, aber da lag er nun doch falsch.

LHC: Wirklich an

Spannende Meldungen aus dem CERN: Wenn alles glatt geht, steht heute (ich schreibe den Text hier am Vorabend) die erste LHC-Füllung für Physik-Messungen an. Oder wie es in technischer Formulierung aussieht: Machine Mode: Proton Physics, Beam Mode: Stable Beams. Und das alles bei der neuen Energie von 6,5 TeV pro Beam, also 13 TeV insgesamt. Geplant sind erstmal nur drei Protonenpakete pro Beam, was im Vergleich zu den theoretisch möglichen 2880 Paketen noch eher wenig ist. Aber nach dem Beginn der Physik-Läufe werden die Techniker die Anzahl Protonen schrittweise erhöhen, was dann auch den Physikern die absurd riesigen Datenvolumen aus Kollisionen ermöglichen wird, damit die darin finden, was auch immer sie finden können. Vorschläge dazu gehen in Richtung möglicher Supersymmetrie, so dass die bisher bekannten Teilchen nur die Hälfte (oder gar ein Viertel) der existierenden Teilchen wären. Oder es könnte erste Hinweise darauf geben, wo die 'Dark Matter', die Dunkle Materie versteckt ist, die irgendwas in der Region von 95 Prozent der MAsse des bekannten Universums ausmacht. Oder es taucht irgend etwas auf, was bisher keine Theorie vorhersagt.

Das spannende an der Grenze der bekannten Physik ist, dass wir schlicht nicht wissen, was dahinter liegt.

Update von Mittwoch: Es ist nicht ganz so glatt gelaufen wie gehofft. Der erste Versuch mit drei Bunches pro Beam ist im Ramp irgendwo bei 6 TeV durch ein Software-Problem gedumpt worden, aber da haben die Techniker erst gesucht, ob sie das schuldige Stück Software finden und erschießen können, und es danach gleich nochmal versucht. Da sind dann wieder drei Bunches im LHC gelandet, auf 6,5 TeV gebracht worden, rund um die Experimente auf Minimalgröße gequetscht (Squeeze), und letztlich zur Kollision gebracht worden. Und um 10 Uhr 40 gab es dann endlich wieder Beam Mode: Stable Beams. Von den Freudenausrufen, die da am CERN und an allen interessierten Bildschirmen ausgebrochen sein dürften, habe ich nichts gehört, aber selbst ein besonders breites Grinsen zur Schau getragen. Oh, und dann ist mir aus dem CERN glatt noch ein Podcast begegnet. Bei 'In Particular' erzählen Leute rund um das ATLAS-Experiment (eins der beiden großen Instrumente ohne besondere Spezialisierung), in der ersten Episode davon, was sie erhoffen, dass im gerade begonnenen Run 2 gefunden werden möge. Weitgehend einig sind sie sich, dass irgend etwas Unerwartetes toll wäre. Ich verweise da einfach mal auf meine Einschätzung weiter oben.

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