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

ATLAS).
    Bei beiden Detektoren sind Magneten ebenfalls entscheidend. Sie sind notwendig, um sowohl das Vorzeichen der Ladungen als auch die Impulse der geladenen Teilchen zu messen. Elektromagnetisch geladene Teilchen bewegen sich entsprechend ihrer Geschwindigkeit in einem Magnetfeld auf einer gekrümmten Bahn. Teilchen mit einem größeren Impuls bewegen sich in der Regel eher geradeaus, und Teilchen mit entgegengesetzten Ladungen werden in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. Da die Teilchen am LHC so große Energien (und Impulse) besitzen, brauchen die Experimente sehr starke Magneten, um überhaupt die Chance zu haben, die schwache Krümmung der energiereichen geladenen Teilchenspuren zu messen.
    Der Compact Muon Solenoid (CMS)-Apparat ist zwar der kleinere der beiden großen Mehrzweckdetektoren, aber er ist schwerer und wiegt kolossale 12 500 Tonnen. Seine »kompakte« Größe beträgt 21 m Länge mal 15 m Breite – kleiner als ATLAS, aber immer noch groß genug, um die Fläche eines Tennisplatzes zu bedecken.
    Das charakteristische Merkmal des CMS ist sein starkes Magnetfeld von 4 Tesla, worauf sich die Bezeichnung »Solenoid« in seinem Namen bezieht. Das Solenoid (d.h. die Magnetspule) im inneren Teil des Detektors besteht aus einer zylindrischen Spule von sechs Metern Durchmesser, die aus einem supraleitenden Kabel hergestellt ist. Das magnetische Rückschlussjoch, das sich über den äußeren Teil des Detektors erstreckt, ist ebenfalls beeindruckend und trägt den größten Teil zu dem gewaltigen Gewicht bei. Es enthält mehr Eisen als der Pariser Eiffelturm.
    Sie mögen sich vielleicht fragen, was das Wort »Myon« im Namen des CMS bedeuten soll (ich tat dasselbe, als ich es zum ersten Mal hörte). Eine schnelle Identifikation von energiereichen Elektronen und Myonen, die schwerere Gegenstücke von Elektronen sind, die den Detektor bis in die äußeren Bereiche durchdringen, können für die Feststellung neuer Teilchen wichtig sein, da diese energiereichen Teilchen manchmal beim Zerfall schwerer Objekte entstehen. Da sie nicht über die starke Kernkraft wechselwirken, sind sie wahrscheinlich etwas Neues, weil Protonen sie nicht automatisch hervorbringen. Diese ohne weiteres identifizierbaren Teilchen könnten daher das Vorhandensein eines interessanten zerfallenden Teilchens anzeigen, das aus dem Zusammenstoß hervorgegangen ist.
    Das Magnetfeld im CMS wurde ursprünglich mit besonderer Berücksichtigung energiereicher Myonen ausgelegt, so dass es von ihnen beeinflusst werden kann. Das bedeutet, dass es die Daten von allen Ereignissen aufzeichnen wird, an denen sie beteiligt sind, selbst wenn es dadurch gezwungen wird, auf eine Menge anderer Daten zu verzichten.
    Im Namen von ATLAS kommt ebenso wie in »CMS« die Bezeichnung für einen Magneten vor, da auch für seine Funktionsweise ein großes Magnetfeld entscheidend ist. Wie ich schon früher bemerkt habe, ist ATLAS das Akronym für »A Toroidal LHC ApparatuS« (eine ringförmige LHC-Anlage). Der Begriff »Toroid« bezieht sich auf die Magneten, deren Feld zwar schwächer als das des CMS ist, sich aber über ein riesiges Gebiet erstreckt. Die gewaltigen Magnetspulen tragen dazu bei, dass ATLAS der größere der beiden Mehrzweckdetektoren und in der Tat auch eine der größten Experimentalanlagen ist, die je gebaut wurden. Er ist 46 Meter lang, hat einen Durchmesser von 25 Metern und passt ziemlich genau in seinen 55 Meter langen und 40 Meter hohen Schacht. Mit 7000 Tonnen wiegt ATLAS etwas mehr als halb so viel wie das CMS.
    Um alle Eigenschaften der Teilchen zu messen, schließen sich immer größer werdende zylinderförmige Detektorkomponenten an das Gebiet an, in dem die Kollisionen statfinden. Die CMS- und ATLAS-Detektoren enthalten beide mehrere ineinandergeschachtelte Teile, die die Bahn und die Ladungen der Teilchen beim Durchgang messen sollen. Teilchen, die aus der Kollision hervorgehen, gelangen zuerst in die inneren Tracker , die die Bahnen der geladenen Teilchen in der Nähe des Wechselwirkungspunkts genau messen, dann in die Kalorimeter , die die Energie messen, die von gestoppten Teilchen abgegeben wurde, und schließlich in die Myonendetektoren , die sich am äußeren Rand befinden und die Energie der Myonen mit großer Durchdringungskraft messen. Jedes dieser Detektorelemente weist mehrere Schichten auf, um die Präzision bei jeder Messung zu erhöhen. Wir machen jetzt einen Rundgang durch die Experimente, angefangen bei den