Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

kann.
    Auch ATLAS erfordert eine gewaltige Zusammenarbeit. Mehr als 3000 Wissenschaftler von 174 Instituten aus 38 Ländern waren am ATLAS-Experiment beteiligt (Dezember 2009). Die Zusammenarbeit wurde ursprünglich 1992 begründet, als zwei geplante Experimente – EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton, and Energy Measurements) [Experiment für die genaue Messung von Gammastrahlen, Leptonen und Energie] und ASCOT (Apparatus with Super Conducting Toroids) [Apparat mit supraleitenden Ringkernen] miteinander verbunden wurden in einem Design, das Merkmale von beiden mit bestimmten Aspekten der geplanten SSC-Detektoren kombinierte. Der endgültige Antrag wurde 1994 vorgelegt und zwei Jahre später finanziell gefördert.
    Die beiden Experimente sind zwar im Grundriss ähnlich, unterscheiden sich aber in ihren detaillierten Konfigurationen und Implementationen, wie in Abbildung 32 anhand bestimmter Einzelheiten gezeigt wird. Diese Komplementarität verleiht jedem Experiment etwas andere Stärken, so dass die Physiker die Ergebnisse der beiden Experimente gegeneinander prüfen können. Bei den extremen Herausforderungen, die sich für die Entdeckungen der Elementarteilchenphysik stellen, werden zwei Experimente mit gemeinsamen Forschungszielen viel glaubwürdiger sein, wenn sie die Befunde gegenseitig bestätigen. Wenn sie beide zum selben Schluss kommen, wird jedermann viel eher überzeugt sein.
    Das Vorhandensein von zwei Experimenten führt auch ein beträchtliches Maß von Konkurrenz ein – etwas, woran mich meine experimentellen Kollegen häufig erinnern. Die Konkurrenz drängt sie dazu, schnellere und gründlichere Ergebnisse zu erhalten. Die Personen, die an beiden Experimenten beteiligt sind, lernen auch voneinander. Eine gute Idee wird ihren Weg in beide Experimente finden, auch wenn sie in jedem etwas unterschiedlich implementiert wird. Diese Konkurrenz und Zusammenarbeit, gekoppelt mit der Redundanz, dass man zwei unabhängige Suchvorgänge hat, die auf etwas anderen Konfigurationen und einer anderen Technik beruhen, liegt der Entscheidung zugrunde, zwei Experimente mit gemeinsamen Zielen einzurichten.

Abb. 32: Querschnitte der ATLAS- und CMS-Detektoren. Man beachte, dass die Gesamtgrößen reskaliert wurden.
    Ich werde oft gefragt, wann der LHC meine Experimente durchführen und die besonderen Modelle erforschen wird, die meine Mitarbeiter und ich vorgeschlagen haben. Die direkte Antwort ist: Sofort, die Vorschläge aller anderen werden aber auch erforscht. Die Aufgabe von Theoretikern besteht in der Einführung neuer Forschungsziele und neuer Strategien zum Auffinden bestimmter Dinge. Unsere Forschung hat das Ziel, Methoden zu bestimmen, um jegliche neuen physikalischen Bestandteile oder Kräfte zu finden, die bei höheren Energien vorhanden sind, so dass die Physiker in der Lage sein werden, die Ereignisse aufzufinden, zu messen und zu interpretieren und dadurch neue Einsichten in die zugrunde liegende Wirklichkeit zu gewinnen – wie auch immer diese beschaffen sein mag. Erst nachdem die Daten aufgezeichnet sind, untersuchen die Tausenden von Experimentalphysiker, die in Analyseteams aufgeteilt sind, ob die Informationen zu meinen Modellen oder zu irgendwelchen anderen, die potentiell von Interesse sind, passen oder sie ausschließen.
    Theoretiker und Experimentalphysiker untersuchen dann die aufgezeichneten Daten, um zu sehen, ob sie mit irgendeiner besonderen Art von Hypothese übereinstimmen. Obwohl viele Teilchen nur den Bruchteil einer Sekunde existieren, und obwohl wir sie nicht direkt beobachten, verwenden die Experimentalphysiker die digitalen Daten, aus denen diese »Bilder« bestehen, um festzustellen, welche Teilchen den Kern der Materie bilden und wie sie wechselwirken. Aufgrund der Komplexität der Detektoren und der Daten haben die Experimentalphysiker mit vielen Informationen zu kämpfen. Der restliche Teil dieses Kapitels vermittelt einen Eindruck davon, wie genau diese Informationen beschaffen sein werden.
    Die ATLAS - und CMS -Detektoren
    Bisher sind wir den LHC-Protonen von ihrer Loslösung aus den Wasserstoffatomen bis zu ihrer Beschleunigung auf eine hohe Energie in dem 27 km langen Ring gefolgt. Zwei völlig parallele Strahlen werden sich nie schneiden und dasselbe gilt für die beiden Protonenstrahlen, die sich innerhalb dieser Röhre in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Deshalb werden sie an mehreren Stellen um den Ring herum durch Dipolmagnete von ihrer Bahn abgelenkt,