Die Entdeckung des Higgs-Teilchens: Oder wie das Universum seine Masse bekam (German Edition)

supraleitendes Kabel. Der Strom in den Spulen hat eine Stärke von 20000 Ampere, womit ein Magnetfeld mit einem Maximum von 3,9 Tesla aufgebaut wird. Dabei ist in dem Magnetfeld eine Energie von einem Gigajoule gespeichert. Damit könnte man einen Single-Haushalt über zwei Monate mit Strom versorgen.
    Zwischen den Spulen und als äußerste Lage sind ebenfalls konzentrisch die Myonendetektoren angebracht, die in Zusammenarbeit mit der Ludwig-Maximilians-Universität und dem Max-Planck-Institut für Physik in München entwickelt und gebaut wurden. Ähnlich den im Inneren Detektor verbauten Röhren besteht das Spektrometer aus langen, gasgefüllten Röhren mit einem Draht entlang der Zylinderachse. Dabei wurde das Gas unter hohem Druck in die Röhre gefüllt, daher auch der Name high pressure drift tubes . Die Positionen der Teilchendurchgänge können durch die Ionisation des Gases auf 100 Mikrometer genau gemessen werden.
    Um auch Teilchen zu messen, die ganz nahe entlang der Strahlachse fliegen, weist ATLAS an jedem Ende eine große Endkappe auf. Das sind zwei große Platten, die aus senkrecht zur Strahlachse liegenden Detektoren bestehen. In den Endkappen sind jeweils eine Myonendetektorschicht und eine Kalorimeterschicht verbaut.
    Der CMS-Detektor
    Dieser Detektor kann ebenfalls grob in drei Teile gegliedert werden. Sein Inneres besteht aus einem hochpräzisen Spurenvermessungssystem, den Siliziumdetektoren. Mit ihnen ist man in der Lage, die Flugbahnen von elektrisch geladenen Teilchen auf bis zu 10 – 20 Mikrometer genau zu bestimmen. Der Silizium-Pixeldetektor ist mit einer der wichtigsten Detektoren, da er durch seine Nähe zur Strahlachse (4,4 – 10,2 Zentimeter) zur Identifikation von B-Quarks, C-Quarks und Leptonen beiträgt, die schon kurz nach ihrer Entstehung zerfallen. Aufgrund dieser Nähe wird der Detektor aber auch von extrem vielen Teilchen durchflogen, was eine kurze Lebensdauer zur Folge hat. Er muss in gewissen Zeitabständen komplett erneuert werden.
    Den Inneren Detektor umschließt der zweite Silizium-Streifendetektor. Er ist in seinem Zentralbereich aus zehn zylindrischen Lagen und in den Endkappen aus je neun Scheiben aufgebaut. Ausgestattet sind alle mit Siliziummodulen, die in Streifen aufgeteilt sind. Damit ist es in radialer Richtung möglich, eine genaue Vermessung der Teilchen durchzuführen. Hierfür muss aber der ganze Bereich auf –20 °C herabgekühlt werden, da sonst die Gefahr von Schäden durch den hohen Teilchenfluss zu groß ist. Mit diesen beiden Detektoren, die den inneren Bereich von CMS bilden, kann man die Spuren von hochenergetischen Leptonen sehr gut und präzise rekonstruieren und darstellen.
    Auf diese Detektoren folgt der Kalorimeterbereich. Hier sind ein elektromagnetisches und ein hadronisches Kalorimeter verbaut. Das elektromagnetische (ECAL) misst mithilfe von 80000 Blei-Wolfram-Kristallen, in denen jeweils eine Photodiode eingebaut ist, einfallende Photonen und Elektronen mit sehr hoher Genauigkeit. Dabei verwandelt die Photodiode den schwachen Lichtblitz eines einfallenden Photons oder Elektrons in einen messbaren Strom. Das hadronische Kalorimeter (HCAL) ist für das Identifizieren beziehungsweise Messen von Zerfallsprodukten wie Protonen oder Neutronen verantwortlich. Über die Energie-Impuls-Bilanz ist es hier möglich, Neutrinos mit aufzuspüren. Ähnlich wie im ATLAS sind auch hier Endkappen aus Kalorimetern verbaut, um Partikel nahe der Strahlachse zu detektieren.
    Eingeschlossen wird der Hauptteil der Kalorimeter von einem gewaltigen Solenoidmagneten – mit 13 Meter Länge und sechs Meter Durchmesser der größte und stärkste jemals gebaute –, der eine genaue Bestimmung der Impulse von hochenergetischen und geladenen Teilchen ermöglicht. Er hat die Form einer zylinderförmigen Spule, die supraleitend ist und aus einer Titan-Niob-Legierung besteht. Die Spule muss auf –270 °C herabgekühlt werden, um eine Feldstärke von rund vier Tesla zu erreichen. Mit der Energie, die in dem Magnetfeld steckt, könnte man auch 18 Tonnen Gold schmelzen.

    Abbildung 19: Computerdarstellung des CMS-Detektors
    © 2006 CERN, Genf , for the benefit of the CMS Collaboration
    Der äußere Ring des CMS besteht aus den Myonendetektoren, die einen der wichtigsten Teile des ganzen Detektors darstellen. Denn mit ihnen lässt sich durch das Zusammenspiel mit dem Magneten die Impulsenergie der Myonen bestimmen. Die durch die Proton-Proton-Kollision entstandenen Myonen