ATLAS (Detektor)
Large Hadron Collider (LHC)  Anordnung der verschiedenen Beschleuniger und Detektoren des LHC
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| Detektoren | |
| Vor- beschleuniger |
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46.2357536.055092
ATLAS ist ein Teilchendetektor am Large Hadron Collider (LHC), einem Teilchenbeschleuniger am europäischen Kernforschungszentrum CERN. ATLAS stand ursprünglich für A Toroidal LHC ApparatuS, wird aber mittlerweile nur noch als Eigenname benutzt. Unter anderem soll mit ATLAS erstmals das Higgs-Boson, ein für die Erklärung der Masse wichtiger Bestandteil, nachgewiesen werden sowie die derzeit kleinsten Bausteine der Materie, Leptonen und Quarks, auf eine etwaige Substruktur hin untersucht werden. Parallel zu ATLAS verfolgt auch der CMS-Detektor ein ähnliches Physikprogramm, sodass ein Ergebnis eines Experiments am jeweils anderen überprüft werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen etwa 7000 Forscher aus über 200 Instituten weltweit teil.[1]
Der Bau des LHC wurde im Februar 2008 abgeschlossen. Am 10. September 2008 wurde der ATLAS-Detektor erstmals getestet. Geplant ist der Betrieb von ATLAS bis mindestens 2025.
Sprecher der Kollaboration ist zurzeit (2013) Dave Charlton.[2] Vorher waren Fabiola Gianotti (bis Februar 2013) und Peter Jenni (bis 2009) Sprecher der Kollaboration.[3]
2012 war die ATLAS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden zweiten großen Kollaboration CMS an der Entdeckung eines neuen Bosons beteiligt, das mit dem Higgs-Boson kompatibel ist. Die genauen Eigenschaften müssen noch weiter erforscht werden.
Inhaltsverzeichnis |
ATLAS-Experiment[Bearbeiten]
Suche nach unentdeckten Teilchen[Bearbeiten]
Eine wichtige Frage, die geklärt werden soll, ist, ob Leptonen und Quarks eine Substruktur haben. Damit könnte möglicherweise beantwortet werden, warum es genau drei Generationen von Elementarteilchen gibt, oder ob es gar noch weitere unentdeckte Teilchen gibt.
Ein weiteres Problem der Elementarteilchenphysik ist, wie es zu den stark unterschiedlichen Massen der Elementarteilchen kommt. Die Massen reichen von der nahezu verschwindenden Masse des Neutrinos bis zur Masse des Top-Quarks, die der eines Gold-Atoms entspricht. Dies hofft man durch den so genannten Higgs-Mechanismus erklären zu können. Danach entstehen unterschiedliche Teilchenmassen, weil Teilchen unterschiedlich stark an das Higgsfeld koppeln. Daher hofft man, Higgs-Bosonen als Anregung des Higgsfeldes nachweisen zu können. Dies ist möglich, indem man die Zerfälle der Teilchen untersucht. Es wurde bereits ein Teilchen entdeckt, das in allen gemessenen Parametern mit dem vorhergesagten Higgs-Boson übereinstimmt. Unklar bleibt aber auch mit dem Higgs-Mechanismus, wieso die Kopplungskonstanten so verschieden sind.
Das dritte Problem ist die Vereinheitlichung der vier Grundkräfte, also eine Quantenfeldtheorie, die auch die Gravitation mit einbezieht. Es ist zwar nicht möglich, diese Vereinheitlichung direkt zu beobachten, da sie erst auf Energieskalen weit jenseits der in absehbarer Zeit experimentell erreichbaren Energien geschieht, aber durch den Nachweis supersymmetrischer Partner der heute bekannten Elementarteilchen ließen sich zumindest drei der vier Grundkräfte in einem Punkt vereinigen. Der Nachweis einer Vereinheitlichung wäre ohne die vergleichsweise einfache Supersymmetrie nur schwer möglich. Deswegen sucht ATLAS auch nach supersymmetrischen Teilchen.
B-Physik[Bearbeiten]
Darüber hinaus wird am ATLAS-Detektor auch B-Physik betrieben. Dabei wird der Zerfall von B-Mesonen und ihrer Antiteilchen beobachtet. Wenn sich dabei Unterschiede in den Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Zerfallskanäle zwischen Teilchen und Antiteilchen zeigen, ist dies eine Verletzung der CP-Symmetrie. Solche CP-verletzenden Prozesse sind Voraussetzung dafür, dass es im Universum, wie beobachtet, mehr Materie als Antimaterie geben kann. Man erwartet aber auch bisher unbekannte CP-verletzende Prozesse durch die Entdeckung neuer Teilchen, beispielsweise supersymmetrische Teilchen und das Higgs-Boson, zu finden. Neben diesen Hauptaufgaben ist der ATLAS-Detektor darüber hinaus auch darauf ausgelegt, weitere Forschungsfelder abzudecken. Dazu zählen etwa QCD-Prozesse sowie Teilchen mit anormalen Quantenzahlen (Leptoquarks, Dileptonen, usw.).
Aufbau[Bearbeiten]
Technische Daten[Bearbeiten]
ATLAS ist ein 45 m langer, zylindrischer, 7.000 Tonnen schwerer Detektor mit einem Durchmesser von 22 m. Das Experiment besteht aus vier übergeordneten Systemen. Diese sind, wie bei Teilchendetektoren für Colliding-Beam-Experimente üblich, in einer Zwiebelschalenstruktur angeordnet, wobei jede Schicht andere Teilchen und andere Eigenschaften der Teilchen misst.
Magnetsystem[Bearbeiten]
Das Magnetsystem erzeugt das magnetische Feld, welches geladene Teilchen ablenkt. Es besteht aus dem Endkappen-Toroiden und dem Barrel-Toroiden. Toroiden sind Magnete in Form eines Torus, welche im Inneren ein sehr homogenes Magnetfeld erzeugen. Durch die Krümmung der Flugbahn geladener Teilchen kann ihr Impuls bestimmt werden.
Innerer Detektor[Bearbeiten]
Der Innere Detektor besteht aus drei Subdetektoren, die sich in einem solenoiden Magnetfeld von 2 Tesla befinden. Der innerste Teil ist der ATLAS-Pixeldetektor mit drei Lagen Silizium-Sensoren. Die Sensoren beginnen in einem Abstand von 50,5 mm um den Wechselwirkungsbereich der Strahlen herum und erlauben eine hohe Auflösung der einzelnen Wechselwirkungspunkte. Um den Pixeldetektor herum schließt sich ein Silizium-Streifendetektor an, der weitere Spurpunkte zur Bestimmung der Flugbahn liefert. Der Übergangsstrahlungsspurdetektor (engl. Transition Radiation Tracker, TRT) ist der äußerste Teil des inneren Detektors und registriert etwa 30 Spurpunkte pro durchgehendem ionisierenden Teilchen. Durch den Nachweis von Übergangsstrahlung kann außerdem zwischen Elektronen und Hadronen unterschieden werden.
Kalorimetersystem[Bearbeiten]
Das Kalorimetersystem besteht aus einem elektromagnetischen Kalorimeter und einem hadronischen Kalorimeter. Das gesamte elektromagnetische und Teile des hadronischen Kalorimeters benutzen flüssiges Argon als aktives Detektormaterial und wurden deshalb in insgesamt drei Kryostaten eingebaut. Der äußere Teil des hadronischen Kalorimeters beruht auf Szintillator-Technik. Das elektromagnetische Kalorimeter bestimmt Impuls und Energie von elektromagnetisch wechselwirkenden Teilchen. Der Wechselwirkungsquerschnitt ist dabei umgekehrt proportional zur Masse des geladenen Teilchens, weshalb vorrangig Elektronen-Photonen-Schauer und kaum die schwereren Myonen detektiert werden. Das sich nach außen hin anschließende hadronische Kalorimeter bestimmt Art, Impuls und Energie der Hadronen.
Myon-Detektoren[Bearbeiten]
Es werden zwei verschiedene Myon-Systeme eingesetzt, die einen primär zur Bestimmung des Spurverlaufs (mit einer hohen Ortsauflösung) und Impuls der Myonen (precision chambers) und die anderen werden primär zur Triggerung (schnelle Markierung von physikalisch interessanten Ereignissen) von Ereignissen mit Myonen benutzt. Die Myonen können getrennt gemessen werden, da sie auf Grund ihrer großen Masse die Kalorimeter ungestört durchqueren.
Literatur[Bearbeiten]
- ATLAS Collaboration (Hrsg.): ATLAS Detector and Physics Performance. Technical Design Report, Volume 1, CERN/LHCC/99-14,25 May 1999 TDR Vol. I (pdf-Datei; 8,08 MB)
- ATLAS Collaboration (Hrsg.): ATLAS Detector and Physics Performance. Technical Design Report, Volume 2, CERN/LHCC/99-15,25 May 1999 TDR Vol. II (pdf-Datei; 9,56 MB)
Weblinks[Bearbeiten]
Commons: ATLAS (Detektor) – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien- Die offizielle ATLAS-Seite für die Öffentlichkeit
- ATLAS auf weltmaschine.de - der offiziellen Webseite der deutschen LHC-Forscher
- Der ATLAS-Detektor und die damit untersuchte Physik auf Welt der Physik, verfasst vom Physik-Koordinator des Experiments
- Aufbau des ATLAS-Detektors
- Die offizielle ATLAS-Kollaborations-Seite
- Die offizielle Seite des BMBF-Forschungsschwerpunkts ATLAS Experiment (FSP 101)
- Interview zum ATLAS Experiment vom 9. November 2011
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ Liste der Teilnehmer, abgerufen am 18. April 2011
- ↑ UK news from CERN Issue 3 (PDF; 162 kB)
- ↑ CERN Courier April 2009 zur Übernahme des Sprecheramts durch Fabiola Gianotti 2009
