Aufbau und Funktionsweise des ATLAS-Detektors
Hier kannst Du Dich mit dem ATLAS-Detektor vertraut machen und erfährst, wie die Teilchen, die bei den Protonkollisionen entstehen, mit dem Detektormaterial wechselwirken und dadurch Spuren hinterlassen. Du kannst entscheiden, ob Du dies mit Hilfe eines Videos oder Texten lernen möchtest.
ATLAS steht für A Toroidal LHC AparatuS – der Detektor enthält ein mächtiges System von Toroid-Magneten. Im Innern des Detektors treffen zwei Teilchenpakete (mit jeweils 100 Milliarden Protonen) aufeinander, nachdem sie in entgegen gesetzte Richtung im LHC beschleunigt wurden. Treffen zwei Protonen aufeinander, entstehen neue Teilchen. An Hand der dabei vom Detektor aufgenommenen Messdaten – einem so genannten Ereignis - können die Physiker feststellen, welche physikalischen Prozesse bei den Kollisionen stattgefunden haben. Allerdings nur dann, wenn sie den Detektor und seine Funktionsweise verstanden haben. Deswegen werden wir uns diese beiden Punkte nun anschauen:
ATLAS im Video
ATLAS in Wort und Bild
In der nachfolgenden Bildergalerie findest Du zu den einzelnen Detektorteilen eine kurze Beschreibung ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise.
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Der ATLAS Detektor ist ein Vielzweck-Detektor (multi purpose detector). Er kommt am Large Hadron Collider (LHC) bei der Suche nach neuen Erkenntnissen, wie das Universum entstand und woraus es besteht, zum Einsatz. Mit ihm wollen Physiker, die aus den Proton-Proton-Kollisionen entstandenen Teilchen nachweisen und deren physikalische Eigenschaften bestimmen. Diese Eigenschaften sind beispielsweise Impuls, elektrische Ladung und Energie. Dazu wurde ein Detektor gebaut, dessen Ausmaße mit 44 Metern Länge und 25 Meter Durchmesser schier atemberaubend sind. Der Detektor besteht aus verschiedenen Teildetektoren, die jeweils eine ganz bestimmte Aufgabe haben und die wie Schalen einer Zwiebel um das Strahlrohr angeordnet sind.
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Die Spurdetektoren weisen elektrisch geladene Teilchen nach. Sie messen deren Positionen zu verschiedenen Zeiten. Da die Spurdetektoren von einem homogenen Magnetfeld durchsetzt sind, werden elektrisch geladenen Teilchen abgelenkt. Aus der Krümmung der Bahn kann man den Impuls berechnen und die elektrische Ladung bestimmen. Die Wechselwirkung von den in der Kollision entstandenen Teilchen mit dem Detektormaterial der Spurdetektoren ist sehr gering, so dass die Teilchen dort nur einen geringen Teil ihrer Energie abgeben.
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Im elektromagnetischen Kalorimeter (LAr electromagnetic barrel) werden elektromagnetisch wechselwirkende Teilchen und ihre Antiteilchen nachgewiesen. Diese sind vor allem Elektronen und Photonen. Dabei wird die gesamte Energie eines Teilchen, das den Detektor durchfliegt, im Detektor absorbiert und in ein elektronisches Signal umgewandelt. Die Stärke dieses Signals ist ein Maß für die Energie des Teilchens.
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Im hadronischen Kalorimeter (Tile barrel) werden Hadronen, stark wechselwirkende Teilchen, die aus Quarks und/oder Antiquarks zusammengesetzt sind, nachgewiesen, wie etwa Protonen oder Neutronen.
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Myonen geben nur einen kleinen Teil ihrer Energie in den Kalorimetern ab und dringen als einzige sichtbare Teilchen durch diese hindurch nach außen. Die weiter außerhalb befindlichen Myonkammern dienen daher zu ihrer eindeutigen Identifizierung. Um den Impuls der Myonen noch genauer zu vermessen als in den inneren Spurdetektoren, befinden sich die Myonkammern in einem weiteren Magnetfeld. Dieses wird von riesigen toroidalen (ringförmigen) Spulen erzeugt, von denen auch das "T" im Namen von ATLAS herrührt. Die Myonkammern bestehen aus Röhren, die mit Gas gefüllt sind. In der Mitte jeder Röhre verläuft ein Draht. Einfallende Myonen erzeugen in dem Gas durch Ionisation freie Ladungsträger, die sich aufgrund einer angelegten Spannung zur Außenwand oder zum Draht bewegen. Dadurch entsteht ein elektronisch auslesbares Signal.
