International Linear Collider

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Schematische Übersicht des geplanten ILC.

Der International Linear Collider (ILC) ist ein zurzeit in der Planungsphase befindlicher Linearbeschleuniger für Elementarteilchen. Es ist jedoch bisher nicht klar, ob das Geld dafür zur Verfügung gestellt wird.[1][2] Als Standort wird die Präfektur Iwate im Norden Japans bevorzugt.[3] Es sollen Elektronen mit Positronen bei geplanten Schwerpunktsenergien von etwa 500 bis 1.000 GeV kollidieren. Diskutiert wird auch die Möglichkeit, mit einer niedrigen Energie zu beginnen und diese später durch eine Verlängerung des Beschleunigers zu steigern. Die höchste Energie für solche Kollisionen lag bisher bei 209 GeV am LEP.

Parallel werden am CERN Studien zur Realisierbarkeit des Linearbeschleunigers Compact Linear Collider (CLIC) durchgeführt, der auf einer anderen Technologie basiert. Dieser würde bei gleicher Länge eine höhere Schwerpunktenergie ermöglichen, benötigt aber mehr Entwicklungsarbeit als der ILC.

Der Beschleuniger[Bearbeiten]

Anders als bei Ringbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider (LHC) lassen sich beschleunigte Teilchen nur einmal verwenden, es müssen also ständig neue Teilchen beschleunigt werden. Dazu werden zunächst alle 200 ms insgesamt 1312 Gruppen von Elektronen („Bunches“) aus einer Photokathode freigesetzt. Diese werden auf 5 GeV beschleunigt und gelangen in einen Speicherring („Damping Ring“), in dem sie innerhalb von 200 ms komprimiert werden. Dies ist nötig, um die geplanten hohen Kollisionsraten zu erreichen. Anschließend werden die Elektronen an ein Ende des langen Beschleunigertunnels geleitet und von dort aus in Richtung Kollisionspunkt beschleunigt.

Nach der Beschleunigungsstrecke werden die Elektronen durch einen Undulator geleitet und setzen dabei Gammastrahlung frei. Diese wird auf eine Titanplatte geleitet, wo über Paarerzeugung Positronen und Elektronen erzeugt werden. Die Positronen werden ebenfalls in einen Speicherring geleitet und innerhalb von 200 ms verdichtet. Danach werden sie zum anderen Ende des Beschleunigertunnels geführt und von dort aus beschleunigt. Sie erreichen den Kollisionspunkt 200 ms nach den Elektronen, mit denen sie erzeugt wurden - sie treffen also auf die Elektronen des nächsten Zyklus.

Zwischen den Beschleunigungsstrecken und dem Kollisionspunkt werden für Elektronen und Positronen jeweils ein 2,2 km langes „beam delivery system“ gebaut, das die Teilchenpakete auf eine Länge von 0,3 mm, eine Breite von 700 nm und eine Höhe von 6 nm komprimiert.[4]

Die Beschleunigertunnel, der Hauptteil des ILCs, soll mit einer Länge von bis etwa 31 km mehr als zehn mal länger als die des Linearbeschleunigers SLAC in Kalifornien sein. Mit der Fertigstellung ist nicht vor 2019 zu rechnen[5]. Die supraleitende Technologie für den Beschleuniger wird bereits an dem Freie-Elektronen-Laser FLASH am DESY in Hamburg erprobt und wird auch in dem europäischen Röntgenlaserprojekt XFEL Verwendung finden.

Geplant ist, den ILC mit zwei Detektoren auszurüsten. Da die Teilchenstrahlen nur an einem Punkt kollidieren, werden die Detektoren seitlich verschiebbar sein und können sich somit mit den Messungen abwechseln.

Forschungsziele[Bearbeiten]

Nach Ansicht der Vertreter von DESY soll der International Linear Collider die Entdeckungen des LHC vervollständigen.[6]

Da im ILC Leptonen, also elementare Teilchen beschleunigt werden, ist im Vergleich zum LHC die Energie viel präziser einstellbar, weshalb genauere Untersuchungen der Teilcheneigenschaften möglich sind. Als Nachteil ist die erreichbare Energie niedriger. Im Gegensatz zum LHC soll der Schwerpunkt des wissenschaftlichen Programms daher nicht bei der Entdeckung neuer schwerer Teilchen, sondern bei Präzisionsmessungen der Eigenschaften bereits gefundener Teilchen liegen. Insbesondere sollen am ILC erstmals Top-Quarks und Higgs-Bosonen an einem Elektron-Positron-Beschleuniger erzeugt werden. Damit ließen sich ihre Wechselwirkungen mit anderen Teilchen wesentlich genauer bestimmen als am LHC. Zu den Zielen des ILC gehört aber auch die Suche nach bislang unentdeckten und für den LHC unsichtbaren Teilchen.

Quellen[Bearbeiten]

  1. Welt der Physik
  2. Video aus „Physik Wiki“ aus einer Vorlesung über SUSY, Strings und LHC.
  3. Rika Takahashi: ILC candidate site in Japan announced. 29. August 2013, abgerufen am 2. September 2013.
  4. ILC Technical Design Report, Volume 1, S. 10 (Online-Version)
  5. Barry Barish auf www.linearcollider.org (englisch)
  6. DESY-Projektseite aus dem Jahr 2010

Weblinks[Bearbeiten]