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Diese Woche ist mal wieder das jährliche Meeting in chamonix, wo die Pläne für's LHC besprochen werden. Die Präsentationen kann man im Lauf der Woche online finden. Fragen, die dabei geklärt werden dürften sind unter anderem: Mit welcher Höchst-Energie soll der Beschleuniger dieses Jahr betrieben werden (3,5 TeV wie in den letzten beiden Jahren, oder doch mehr?), in welchem Abstand sollen die Protonen-Päckchen in den Ring gebracht werden (50 Nanosekunden, oder 25?), aber auch Dinge, die für nächstes Jahr schon vorbereitet werden sollen, wo der erste lange Stop ansteht. Da müssen dann nicht nur Fehler beseitigt werden, die bisher die höchste erreichbare Energie begrenzen, sondern es stehen auch Verbesserungen an, die nicht in den Weihnachtspausen eingebaut werden können.

(via)

Aus einer fröhlicheren Ecke stammt dieses Interview mit einem Proton aus dem LHC. Nun können handelsübliche Protonen nicht reden, treten auch selten alleine auf, und geben schon mal gar keine Interviews, aber wenn man sich mal auf die Idee einlässt, dass da jemand mit einem Proton redet, was in diesem Jahr wieder im LHC auf andere Artgenossen treffen wird, um dabei nach Hintergründen der Materie zu suchen, dann ist das schon lustig. Und das Proton macht auch glatt noch Andeutungen zum Higgs.

Am Freitag ist nach 520 Tagen die Isolationsstudie Mars500 zu Ende gegangen, und die sechs Männer, die in der Zeit einen Flug zum Mars simuliert haben, durften nach der Zeit ihre Isolation verlassen. Ganz frei sind sie aber noch nicht, weil sie erst für ein paar Tage in Quarantäne geschickt wurden, und auch noch ausführlich befragt werden sollen. Aber wie es aussieht, ist ein Flug zum Mars und zurück nicht mit unerträglichen zwischenmenschlichen Problemen belegt. Wenn da nur die fiesen technischen Fragen nicht wären... Wie kriegt man genug Nahrungsmittel, Sauerstoff und Energie auf den Weg, wie geht man mit der Strahlung um, was ist, wenn die Sonne gerade in der Zeit des Fluges größere Mengen Material ausstößt, und so weiter. Bis es da nicht befriedigende Antworten und einen Weg gibt, das benötigte Material aus der Schwerkraft der Erde zu befreien, wird da kaum ein Flug möglich sein.

Aber immerhin wurde der psychologische Teil der Mission erfolgreich getestet.

Dann gibt es mal wieder Nachrichten vom LHC. Nein, ich meine nicht die fiesen Downtimes der vergangenen Tage, die anstehenden Machine Development-Tage oder den Technical Stop danach. Ich meine Nachrichten vom 'Gottesteilchen', dem Higgs. Bekanntlich hoffen die Wissenschaftler ja, bis zum Ende des nächsten Jahres eine definitive Aussage über dessen Existenz machen zu können, und damit eine wichtige Grundlage für die Physik zu legen. Diese Woche haben nun also die CMS- uhd ATLAS-Teams vom LHC neue Daten vorgestellt, die mit 95-prozentiger SWahrscheinlichkeit die Existenz des Higgs-Boson über einen großen Energiebereich ausschließen. Die Ergebnisse sind noch nicht sicher (wie gesagt, 95%), aber die Massebereiche, in denen sich ein Higgs-Boson in den Daten verstecken kann, sind schon enger.

Hier sollte ich besser eine Warnung postieren: Ich bin kein Physiker, spiele auch keinen. Alles, was jetzt folgt ist die Sachlage, wie ich sie aus diversen Quellen verstanden habe.

Nun stellt das Higgs für die Wissenschaftler einerseits die Herausforderung auf, nicht direkt messbar zu sein, sondern nur über Zerfallsprodukte mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ermittelt werden zu können (wenn abseits der eigentlichen Protonenkollision mehrere Teilchen auftauchen, könnte das an einem nicht gemessenen Teilchen wie dem Higgs liegen), und andererseits ist das Higgs auch nicht letztendlich für eine bestimmte Masse vorhergesagt. Es ist eher umgekehrt so, dass je nach der gemessenen Masse eines Higgs nur noch eine bestimmte Gruppe von Theorien zutreffend sein kann.

Sollte sich (entgegen der allgemeinen Erwartung) herausstellen, dass es gar kein Higgs-Boson gibt, wäre das aber auch kein Untergang für die Physik, sondern würde im Gegenteil die Suche nach einem neuen Modell anfeuern, was kein Higgs-Boson benötigt. In der theoretischen Physik lassen sich Theorien nicht einfach eindeutig beweisen, sondern eher widerlegen. Wenn man ein Experiment findet, was nach der jeweiligen Theorie nicht möglich wäre (bzw. dessen Ausgang), dann ist die Theorie in der Form offensichtlich falsch und müsste entweder erweitert werden, oder komplett verworfen. An so einem Punkt befindet sich die Elementarphysik gerade. Das bisher favorisierte Standardmodell in seinen verschiedenen Ausprägungen sagt voraus, dass es ein Higgs-Boson mit bestimmten Eigenschaften geben muss. Wenn das nicht gemessen werden kann, ist das Modell offenbar nicht korrekt.

Für die verschiedenen Modellvarianten mit Super-Symmetrie, die zu jedem bisher gefundenen Teilchen noch ein oder mehrere 'Spiegel'-Varianten vorhersagen, sieht es in den Messwerten ja wohl auch eher schlecht aus, wenn ich die Veröffentlichungen richtig lese. Da gibt es nur den kleinen Unterschied, dass die SuSy-Modelle bisher nicht so groß in der Öffentlichkeit rumgetragen wurden.

Eine Tatsache, die ich noch gar nicht gewürdigt habe, ist der Stromausfall Sonntag Mittag am LHC. Da gab es wohl ein Gewitter, was erst nur kleinere Ausfälle verursacht hat (PCs, die kurz gekippelt haben, und damit die Protonen aus dem Ring geworfen. Um 11:34 gab es dann aber einen größeren Ausfall. Innerhalb weniger Minuten sind so ziemlich alle Systeme aus gegangen oder in einen schnellen Shutdown gerannt. Zu letzterer Gruppe gehörten alle Experimentmagnete. ATLAS und CMS hat es dabei wohl am schwersten erwischt, die sollen erst am Donnerstag wieder einsetzbar sein. 

Richtig offensichtlich eklig wurde es bei der Kühlung. Da sind innerhalb einer halben Stunde die ersten Cryo Start-Berechtugungen verschwunden, und im Lauf eienr Stunde war klar, dass alle Sektoren betroffen waren. Zwei Stunden später war dann schon fast die gesamte Anzeige knallrot, auch in den Graphen unten zeigte sich, dass die Durchschnittstemperatur in allen Arcs klar nach oben tendiert. Wenigstens gab es bald eine erste Schätzung: Dienstag früh sollte die Kühlung bestenfalls wieder alle Magnete im Griff haben.

Bis dahin mussten an diversen Stellen Techniker in den Ring, Systeme vor Ort bepuscheln, die von alleine nicht wieder auf die Beine gekommen sind, und überall mal gegentreten. Das hatten die ja eigentlich die letzte Woche über beim Technical Stop schon gemacht, aber das Gewitter hat darauf keine Rücksicht genommen. Zwischendurch hat es dann auch mal die Steuerung für die Zutrittsberechtigungen in den Ring bei einem Test nochmal gerissen, so dass alle Türen erstmal wieder verriegelt waren, aber das ließ sich dann auch noch lösen.

Für mich unerwartet war dann Montag Abend (19:22 laut dem Logbuch) die Kühlung wieder voll aktiv, und theoretisch hätte der Ring wieder in Betrieb genommen worden können. Praktisch waren da noch Tests im Ring aktiv, und zwei Sektoren waren nicht voll einsetzbar, was nur durch persönliches Gegentreten hätte gelöst werden können. So hat es dann bis Dienstag früh gedauert, bis die Sektoren S23 und S56, dann komischerweise doch von außen ihr QPS-OK liefern konnten.

Wenn ich die Verlautbarungen richtig verstehe, dürfte in den nächsten Tagen die Recovery vom Gewitter endgültig enden, und das Testprogramm nach dem Technical Stop wieder los- oder weitergehen. Und dann steht wieder an, jede Menge Protonen in den Ring zu leiten, auf 3.5 TeV je Strahl zu beschleunigen und in den Experimenten zur Kollision zu bringen. Nachdem das Jahresziel, 1380 Bunches je Beam schon vor dem TS erreicht war, gibt es jetzt noch ein paar nicht ganz so offensichtliche Basteloptionen, an denen die Leute im Kontrollzentrum sich versuchen können. Und dann braucht es wieder ein paar Tage ruhige Funktion der Maschine, bis die Experimente wieder so viele Daten einsammeln können, dass die Wissenschaftler für eine Weile beschäftigt sind. Wobei ich nichts gegen noch einen 20-Stunden-Lauf hätte, das sah von hier aus richtig angenehm aus.

Die Meldung als solche habe ich zwar auch im Podcast heute verstaut, aber da hatte ich nur einen Teil des Problems verstanden. Wie es aussieht, gab es am Mittwoch im LHC einen unerwarteten Quench, das heißt, dass an einer Stelle die Supraleitung für die Elektromagneten ausgefallen ist, während gerade eine größere Anzahl Protonen im Ring war (zum Glück nur bei 450 GeV Energie). Im Nachgang stellte sich dann heraus, dass ein Messsystem des QPS falsch verkabelt war, aber auch da zum Glück nur auf einem von zwei Strängen. Der korrekt verkabelte Strang hat dann dafür gesorgt, dass die Protonenstrahlen sofort aus dem Ring geworfen wurden, und damit weitergehende Schäden an den Magneten verhindert. In der Folge war dann bis Freitag spät Abends der LHC aus, während sowohl der Fehler, also die Verkabelung korrigiert wurde, alle davon betroffenen Systeme genauer geprüft wurden, und auch nach weiteren Kabelfehlern gesucht wurde (da gab es keine Systeme, die auf beiden Strängen unterschiedliche Werte gesehen hätten. Wenn es also noch einen Kabelfehler geben sollte, beträfe der beide Stränge).

Freitag Abend gab es dann die Freigabe, dass wieder Protonen in den Ring gelassen werden dürfen, um den eigentlich geplanten Scrubbing-Lauf fortzusetzen. Dabei geht es darum, dass letztes Jahr im Herbst Probleme auftauchten, als viele Protonenpakete mit sehr kurzem Abstand voneinander in den Ring gelassen wurden. Da gab es offenbar Gas, was aus Teilen der Ringmaterialien ausgegast ist. Letztes Jahr haben die Verantwortlichen dann probiert, ob es hilft, wenn eine größ'ere Anzahl Protonen einfach für eine Weile im Ring zirkulieren, damit Ausgasungen provozieren, und die Gase dann einfach abgepumpt werden können. Das war letztes Jahr erfolgreich, weshalb der Schritt dieses Jahr gleich in den Kalender aufgenommen wurde. Von außen sehen die Scrubbing-Läufe allerdings äußerst unspannend aus. Ich hoffe mal, dass die dann nächste Woche planmäßig beendet werden, und der LHC wieder zum Physikprogramm zurückkehrt. Da gibt es dann wenigstens Futter für die Physiker, von denen ich mir ja eine Antwort darauf erhoffe, ob die Meldungen vom Tevatron bestätigt werden können und es tatsächlich ein bisher nicht erwartetes Teilchen/Kraft in den Messwerten gibt. Nachdem da vor allem eien bestimtme Art von Teilchenzerfall benötigt wird, dürften einige Kollisionen hilfreich sein.

Falls sich jemand fragt, was da gerade im LHC abgeht (Ein Physiklauf mit eher übersichtlicher Anzahl Protonen bei der relativ geringen Energie von 1380 GeV je Teilchenstrahl, findet eine Antwort auf Englisch hier. Kurz zusammengefasst: Die Läufe dienen dazu, dass die Experimente, die im November bei den Ionenkollisionen messen, eine Gelegenheit bekommen, bei vergleichbarer Energie zu messen, was passiert, wenn keine fetten Ionen, sondern einfache Protonen zusammenknallen. Damit können die Wissenschaftler dann direkt vergleichen, ob Effekte, die bei den Ionen gemessen werden, von deren geringerer Energie herrühren, oder von deren höherer Masse, beziehungsweise dem ganzen Zoo an Teilchen, die bei den Kollisionen auftreten. Für die Hochenergiekollisionen sind die Messungen bei der niedrigeren Energie nicht so spannend, weil deren Effekte entweder nicht oder zu selten auftreten. Dass mit Messungen aus 1380-GeV-Kollisionen der Beweis angetreten werden kann, dass das Higgs-Boson existiert, erscheint mir jedenfalls weniger wahrscheinlich. Wenn sich der Plan nicht geändert hat, seit ich den zuletzt gesehen habe, soll Sonntag Abend wieder ein Physiklauf bei voller Energie (3.5 TeV je Richtung, mehr gibt's ja dieses Jahr nicht) eingeleitet werden, bevor dann am Montag der erste Technical Stop des Jahres ausbricht, bei dem der LHC für ein paar Tage abgeschaltet wird. Im Gegensatz zu Atomkraftwerken beheben die Techniker am CERN auftretende Probleme ja etwas zeitnäher.

Vor gerade mal 10 Minuten haben die Leute im LHC-Kontrollzentrum auf Proton Physics umgeschaltet, wie ich überrascht vom Announcer mitgeteilt bekommen habe. Der Zeitplan sah eigentlich erst ab morgen Physikläufe vor, aber offenbar (Zitat von der latest-news-Seite: "First stable beams in the afternoon.") kann es schon heute die ersten Stable Beams-Kollisionen geben.

Das trifft sich doch passend, wo die drei Wochen Commissioning sich ohnehin dem Ende zuneigen. 

Nur nochmal als Gedächtnishilfe: Page 1 zeigt einen Überblick darüber, was gerade jeweils im LHC los ist. Während ich das hier tippe, laufen noch die Nachbereitungen des letzten Tests, bei dem die Protonen auf die vergleichbar geringe Energie von 1.38 TeV beschleunigt und zu Kollisionen gebracht wurden (von denen ich aber bei keinem Experiment etwas gesehen hätte). Ob der nächste Fill jetzt bereits ein echter Physiklauf wird, weiß ich zwar nicht, aber es deutet zumindest einiges darauf hin. Zugucken könnte sich lohnen.

Update 18:07: Der Beschleuniger hat zwar erst noch etwas rumgemuckt, aber dann war es 18:04:50 (laut Announcer) soweit. Beweisbilder:

Damit hat der LHC dann das Physikjahr eröffnet.

 

Okay, langsam wird's lächerlich: Nach der Golem-Falschüberschrift, dass der LHC keine Winterpause bräuchte, ist heute der heise-Ticker voll reingelatscht. Okay, man muss das nicht wissen, dass am Samstag spät abends die ersten Protonenströme des Jahres in den Ring gelassen wurden. Auch die Beams am Sonntag muss man nicht bemerkt haben, wenn man sich nicht dafür interessiert. Aber dann sollte man vielleicht besser keine Nachrichtenmeldung schreiben, dass heute der 'Neustart' bevorstünde. Was ich bei solchen Falschmeldungen nicht verstehe: Gerade beim LHC handelt es sich nicht um ein geheimes Experiment. Alles was auch nur annähernd veröffentlicht werden kann, wird zeitnah veröffentlicht. Man muss sie nur finden wollen.

Immerhin weist auch schon jemand im Heise-Forum auf die Meldung in der täglichen Statusrunde (wird regelmäßig aktualisiert) hin. Es dürfte sich also nur noch um eine Frage von Stunden handeln, bis die Falschmeldung korrigiert worden sein könnte.

Für's Protokoll: Nein, die Winterpause fällt nicht aus, das war aber auch nie Thema der Präsentationen in Chamonix, und nein, der Neustart findet nicht heute statt, weil der bereits Samstag/Sonntag stattgefunden hat. Es sei denn, man versteht unter dem Neustart mehr als einfache Protonenpäckchen, die um den Ring laufen. Zum Beispiel einen Ramp auf 3.5 TeV, der steht dieses Jahr noch aus (ich rechne mit dem diese Woche noch, wenn nichts dazwischen kommt), oder Kollisionen für die Experimente (laut Zeitplan: in genau drei Wochen, am 14. März).

Warum hab ich das Gefühl, ich hätte gerade Korinthen ausgeschieden?

And so it begins... Wie man gerade live beobachten kann, haben die Operateure den LHC zum ersten Mal nach der Winterpause für Protonen geöffnet. Wie man aus dem internen Log (erfordert nen Account, den man sich mit ner Mailadresse einfach zulegen kann) sehen kann, steuern sie die Protonenpäckchen gerade ganz vorsichtig um immer größere Teile vom Ring. Für Live-Aktionen kann ich auch noch den LHC Announcer empfehlen, wo man jederzeit live mitbekommen kann, wenn irgend etwas passiert. Ohne den hätte ich jetzt nicht mitbekommen, dass da nacheinander Injections stattfinden, die für die Steuerung benötigt werden. Immerhin ist das 'Beam Presence'-Flag von Beam 2 immer noch nicht grün. Wahrscheinlich müssen die Protonen noch etwas weiter um den Ring gelangen, bis ihre Anwesenheit offiziell anerkannt werden kann. Und noch während ich hier rumtipp, wird das Flag grün. Für's Protokoll: laut Announcer war die Injection um 22:18:47 (hach, kann ich das sogar sekundengenau angeben). 

Ach ja: Der offizielle Zeitplan hatte Beams erst für Montag vorgesehen, und auch der halboffizielle Zeitplan hatte erst morgen Nachmittag Platz für Protonen vorgesehen. Ich hab da keine Ahnung, warum die jetzt schon so weit sind, Protonen in den Ring zu lassen.

Bevor noch jemand auf die Fehlinformationen reinfällt, schreib ich lieber mal kurz zusammen, was das jährliche LHC-Meeting in Chamonix offenbar erbracht hat. Zwei wesentliche Fragen standen auf der Agenda:

1. Soll der Beschleuniger auch im Jahr 2012 laufen
2. mit welcher Energie soll der Beschleuniger dieses Jahr laufen? 3.5 TeV oder 4 TeV, was technisch noch möglich wäre

Und die Fragen wurden heute insoweit beantwortet, als die Energie dieses Jahr bei 3.5 TeV je Strahl bleiben soll, weil die Gefahr eines katastrophalen Fehlers bei 4 TeV als zu hoch eingeschätzt wurde für den LHC. Die 2012-Frage wurde mit enem relativ klaren Ja beantwortet, unter dem Vorbehalt, dass kein technisches Problem den Betrieb nächstes Jahr verhindert.

Und jetzt zum Missverständnis: Im Gegensatz zur Golem-Überschrift wird es eine Winterpause 2011/2012 geben, die ist sogar noch nötiger geworden, wo 2012 nicht die großen Splice-Reparaturen (und Upgrades in den Experimenten) gefahren werden. Es hatte auch niemand vorgeschlagen, den Winter-Stopp ausfallen zu lassen. Mal ganz davon abgesehen, dass der ja nicht nur für den LHC gilt, sondern die gesamte Injektor-Kette abgeschaltet wird. Insofern habe ich keine Ahnung, wie man auf die Idee kommen kann, die jährliche Wartungsphase könne zur Disposition stehen, außer wenn man "LHC to run in 2012" als 'LHC soll durchgehend bis ins Jahr 2012 laufen' interpretiert. Wie auch immer. In Kürze (eigentlich so irgendwann ab diese Woche) soll der Ring wieder geschlossen werden, die Kühlung hochgefahren, und dann die Maschine wieder zum Betrieb vorbereitet werden. Ab März dürften dann auch wieder Protonen in den Ring, und ungefähr Mitte März auch wieder Phsikläufe zu sehen sein, wenn ich den Kalender richtig verstanden habe. Nicht ganz so spektakulär wie ein Shuttlestart, aber immer noch interessant.

Update: Laut dem hier zu findenden Zeitplan (V1.0) ist diese Woche die letzte Woche, in der noch im Ring Leute rumlaufen dürfen. Über Nacht laufen dann die Powering-Tests. Zumindest in den Sektoren, die bereits wieder auf Betriebstemperatur sind. Die Protonen sollen ab dem 21.2. wieder in den Ring geschickt werden, und die erste Physik-Woche fängt nach bisheriger Planung am 14.3. an. Dafür ist gefühlt alle zwei Wochen ein Technischer Stop eingeplant, wo für die Woche praktisch der Ring nicht genutzt werden kann (4 Tage TS, 1 Tag Neustart). Am 6.10. endet dann der Protonenlauf des Jahres, und nach einem Technischen Stop soll der Ionenlauf beginnen. Der soll dann am 12.12. enden, wenn ich von 2010 ausgehe am Abend. Und dann steht da ganz definitiv der Maschinenstop zum Jahresende an. Auch, wenn die Schreiber bei Golem das nicht glauben, und DradioWissen voll in die Falschmeldung reingelaufen ist.

Das kommt jetzt nicht besonders überraschend: Kurz nach 18:00 Uhr hat im LHC-Kontrollraum jemand auf den Knopf gedrückt, und die zirkulierenden Ionen-Ströme aus dem Teilchenbeschleuniger entfernt. Damit endet nicht nur der Ionen-Lauf, sondern auch die Teilchenphysik im Beschleuniger für das Jahr 2010. Bis Februar wird es da keine Teilchenbeschleunigung geben, und dann, wahrscheinlich Ende Februar, darf das zweite Jahr Physik beginnen. Inzwischen ist mir noch eine Meldung begegnet, die ich erstmal nur als Gerücht einstufe, und zwar, dass die Verantwortlichen darüber nachdenken würden, die derzeitige Konfiguration auch 2012 noch zu nutzen. Eigentlich sieht der Plan bisher vor, 2011 nochmal Protonen aufeinanderprallen zu lassen, bis eine bestimmte Datenmenge eingefangen wurde, um dann 2012 damit zuzubringen, die Hardware im Beschleuniger-Ring aufzurüsten (überall nQPS rein, wo bisher nur QPS ist, ein(?) weiteres Experiment an den Ring), um danach dann mit voller Energie von 7 TeV pro Strahl Protonen und wahrscheinlich auch wieder Ionen kollidieren zu lassen.

Über den 'Weihnachts-Stopp' stehen im LHC ein paar Reparaturen an, die im Lauf der letzten Monate aufgelaufen sind. Unter anderem gab es da in einer der Zuleitungen in den Ring eine Anomalie, die kurzfristig entfernt wurde, indem Bauteile entfernt wurden. Die dürften repariert und wieder eingebaut werden. In der Zwischenzeit werde ich die regelmäßigen Meldungen vermissen.

Da waren sie aber fix: seit 11:20 kollidieren im LHC Blei-Kerne in Stable Beams. Damit läuft dann schon die Physik-Messung mit den Blei-Ionen. Weil so ein Blei-Kern um einiges schwerer ist als ein Proton (82mal so schwer, wenn ich das richtig mitbekommen habe), kann der Beschleuniger die Teilchen nicht ganz so hoch 'beschleunigen' (das dürfte wohl eher auf Erhöhung der Masse rauslaufen) wie die Protonen. Jedenfalls kann jetzt ALICE (A Lead Ion Collision Experiment) richtig loslegen.

Update: Beweisbild:

So oft mach ich das nicht, aber heute ist es mal wieder Zeit für einen Sehbefehl: Science Saved My Soul. Ansehen! 

Ein Satz klingelt in mir nach, wohl auch, weil dessen Botschaft schon länger versucht, meine Aufmerksamkeit zu erringen: "And there might yet be a heaven but it isn't going to be perfect and we're going to have to build it ourselves." 

(gefunden beim Astrodicticum Simplex)