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

Schichten, die wir eben beschrieben haben, erstrecken sich die nächsten vier Schichten, die aus Siliziumstreifen bestehen, bis zu einem Radius von 55 Zentimetern. Die Detektorelemente sind hier 10 Zentimeter lange und 180 Mikrometer breite Streifen. Die übrigen sechs Schichten sind in der gröberen Ausrichtung noch weniger genau und bestehen aus bis zu 20 Zentimeter langen Streifen, die in der Breite zwischen 80 und 205 Mikrometern variieren, wobei die Streifen sich bis zu einem Radius von 1,1 Metern erstrecken. Die Gesamtzahl von Streifen im inneren Detektor des CMS liegt bei 9,6 Millionen. Diese Streifen sind für die Rekonstruktion der Spuren der meisten geladenen Teilchen notwendig, die hindurchfliegen. Insgesamt kann man mit dem Silizium des CMS im Prinzip die Fläche eines Tennisplatzes bedecken – ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem früheren größten Siliziumdetektor, der nur zwei Quadratmeter groß war.
    Der innere ATLAS-Detektor erstreckt sich bis zu einem Radius von einem knappen Meter und misst in der Länge sieben Meter. Wie beim CMS besteht der Semiconductor Tracker (SCT) [Halbleiter-Tracker] außerhalb der drei inneren Schichten von Siliziumpixeln aus vier Schichten von Siliziumstreifen. Beim ATLAS sind sie 12,6 Zentimeter mal 80 Mikrometer groß. Die Gesamtfläche des SCT ist ebenfalls gewaltig und bedeckt 61 Quadratmeter. Während die Pixeldetektoren für die Rekonstruktion genauer Messungen in der Nähe der Wechselwirkungspunkte nützlich sind, ist der SCT für die allgemeine Bahnrekonstruktion entscheidend, weil er ein großes Gebiet mit hoher Präzision abdeckt (wenn auch nur in einer Richtung).
    Im Unterschied zum CMS besteht der äußere Detektor der ATLAS-Anlage nicht aus Silizium. Der Transition Radiation Tracker (TRT) [Tracker für Übergangsstrahlung], die äußerste Komponente des inneren Detektors, besteht aus Röhren, die mit Gas gefüllt sind, und fungiert sowohl als ein Gerät, das die Spuren aufzeichnet, als auch als Detektor von Übergangsstrahlung. Die Spuren geladener Teilchen werden gemessen, wenn sie das Gas in den Röhrchen ionisieren, die 144 Zentimeter mal 4 Millimeter groß sind, mit Drähten, die vom Zentrum hinabführen, um die Ionisierung festzustellen. Auch hier ist die Auflösung in der Transversalrichtung am höchsten. Die Röhrchen messen die Spuren mit einer Genauigkeit von 200 Mikrometern, was zwar weniger genau ist als beim innersten Tracker, aber ein weitaus größeres Gebiet abdeckt. Die Detektoren unterscheiden auch zwischen Teilchen, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegen und eine sogenannte Übergangsstrahlung hervorbringen. Das ermöglicht die Unterscheidung von Teilchen mit unterschiedlicher Masse, da leichtere Teilchen sich im Allgemeinen schneller bewegen. Dadurch lassen sich Elektronen identifizieren.
    Wenn Sie alle diese Einzelheiten etwas erdrückend finden, denken Sie daran, dass das mehr Informationen sind, als selbst die meisten Physiker wissen müssen. Sie vermitteln einen Eindruck von der Größe und Präzision und sind natürlich für alle diejenigen wichtig, die an einer bestimmten Detektorkomponente arbeiten. Aber selbst diejenigen, die mit einer Komponente äußerst gut vertraut sind, behalten nicht unbedingt den Überblick über all die anderen, wie ich zufällig erfuhr, als ich versuchte, ein paar Fotos von den Detektoren zu bekommen, und sicherstellen wollte, dass bestimmte Diagramme genau waren. Seien Sie also nicht allzu bekümmert, wenn Sie das erste Mal nicht alles verstehen. Obwohl Experten den Gesamtbetrieb koordinieren, haben selbst viele Experimentalphysiker nicht unbedingt jede Einzelheit im Gedächtnis.
    Das elektromagnetische Kalorimeter ( ECAL )
    Wenn ein Teilchen einmal durch die drei Arten von Trackern hindurchgegangen ist, trifft es auf seiner radialen Reise nach außen im nächsten Detektorabschnitt auf das elektromagnetische Kalorimeter (ECAL), das die Energie aufzeichnet, die die geladenen und neutralen Teilchen abgeben, die hier zum Stillstand kommen – vor allem Elektronen und Photonen – und ebenso die Position registriert, an der sie diese Energie abgegeben haben. Der Detektionsmechanismus sucht nach denjenigen Teilchenschauern, die auftreffende Elektronen oder Photonen erzeugen, wenn sie mit dem Material des Detektors wechselwirken. Dieser Teil des Detektors liefert sowohl genaue Informationen über die Energie als auch über die Position dieser Teilchen.
    Das Material, das beim CMS