ATLAS-Detektor ist bereit, grundlegende Fragen der Physik zu beantworten
Das letzte Element des neuen ATLAS-Detektors der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) wurde an seinem Platz installiert. Somit ist der Weg für Experimente zur Untersuchung der Eigenschaften Dunkler Materie und zur Suche nach zusätzlichen Dimensionen der Raumzeit geebnet. "Dies ist ein aufregender Tag für uns", sagte Marzio Nessi, technischer Koordinator von ATLAS. "Der Installationsprozess steht kurz vor dem Abschluss und wir nehmen Fahrt auf, um ein neues physikalisches Forschungsprogramm zu beginnen." Mit einer Länge von 46 Metern, einer Breite von 25 Metern und einem Gewicht von 7.000 Tonnen ist der ATLAS-Detektor der größte Allzweck-Teilchendetektor der Welt. Er besteht aus 100 Millionen Sensoren, die Teilchen messen werden, die in Proton-Proton-Kollisionen im Large Hadron Collider (LHC) des CERN produziert werden. Über 2.100 Wissenschaftler und Ingenieure von 167 Einrichtungen in 37 Ländern haben an ATLAS gearbeitet. Das erste Teil des Detektors wurde bereits 2003 installiert. Seitdem wurden viele weitere Detektorkomponenten durch den 100 Meter tiefen Schacht in die unterirdische Höhle von ATLAS herunter gelassen. Dieses zuletzt eingesetzte Teil wird Kleines Rad genannt. ATLAS verfügt über zwei solcher Geräte, die nur im Vergleich zum Rest des Detektors klein erscheinen, da jedes Rad rund 100 Tonnen wiegt und einen Durchmesser von 9,3 Metern hat. Das Manövrieren dieser Elemente ist eine schwierige Aufgabe. "Eine der größten Herausforderungen ist es, das Kleine Rad in einem Zeitlupen-Zickzack den Schacht hinunterzulassen und dabei eine präzise Ausrichtung des Detektors mit weniger als einem Millimeter Abweichung von den bisher installierten Detektoren in der Kaverne zu erreichen", erklärte Ariella Cattai, Leiterin des Teams für das Kleine Rad. Die Kleinen Räder sind mit sensiblen Sensoren bedeckt, die dafür konstruiert wurden, sogenannte Myonen-Teilchen, die im LHC entstehen, zu ermitteln und deren Impuls zu messen. Wenn Teilchen ein Magnetfeld passieren, das von supraleitenden Magneten geschaffen wird, kann der Detektor ihren Weg bis zur Stärke eines menschlichen Haars genau verfolgen. ATLAS umfasst vier zentrale Komponenten. Ein Magnetsystem ist dafür verantwortlich, die geladenen Teilchen für die Analyse abzulenken. Ein innerer Detektor misst den Impuls jedes geladenen Teilchens, während ein Kalorimeter die Energie der Teilchen misst. Das Myonspektrometer identifiziert und misst Myonen. "Wir glauben, dass es sich bei Myonen um Signaturen interessanter Vorgänge handelt", erklärte James Bensinger von der Brandeis Universität in den USA, der am ATLAS gearbeitet hat. Ein komplexes Rechnersystem wurde eingerichtet, um die riesigen von ATLAS geschaffenen Datenmengen zu verarbeiten. Ein Triggersystem wird 100 "interessante Vorgänge" pro Sekunde aus 1.000 Millionen anderen aussuchen. Ein Datenerfassungssystem wird diese Daten von den Detektoren in eine Speichereinheit umlenken. Danach wird ein Rechensystem 1.000 Millionen pro Jahr aufgezeichnete Events analysieren. "Dies ist ein beachtlicher Meilenstein beim komplizierten Aufbau des ATLAS-Detektors", sagte Joseph Dehmer, Direktor der Physikalischen Abteilung der Nationalen Wissenschaftsstiftung (National Science Foundation) der USA. "Der LHC ist einer der aufregendsten existierenden Experimente dieses Jahrzehnts und darüber hinaus. Wir freuen uns auf die bahnbrechenden Ergebnisse, die jetzt in greifbarer Nähe liegen." Das ATLAS-Team wird sich nun auf Inbetriebsetzungsarbeiten zur Vorbereitung des Starts des LHC in diesem Sommer konzentrieren. ATLAS ist eines von sechs groß angelegten Experimenten im Rahmen des LHC. Wie ATLAS ist das Compact Muon Solenoid (CMS) ein großer Allzweck-Detektor, der die unzähligen vom LHC produzierten Teilchen analysieren wird. Da ATLAS und CMS unabhängig voneinander entwickelt wurden, werden sie dafür genutzt, alle neuen Entdeckungen gegenseitig zu bestätigen. Zwei Experimente mittlerer Größe, ALICE (A Large Ion Collider Experiment) und LHCb (Large Hadron Collider beauty), wurden für die Analyse der LHC-Kollisionen im Bezug auf spezielle Phänomene entwickelt. Gleichzeitig werden sich die beiden kleinsten Experimente, TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) und LHCf (Large Hadron Collider forward) auf sogenannte "forward Partikel" konzentrieren, also auf Teilchen, die sich beim Auftreffen der Strahlen gegenseitig lediglich streifen und nicht frontal aufeinanderprallen. Sobald der LHC in Betrieb genommen wurde, werden Wissenschaftler die Möglichkeit haben, viele lange offene Fragen der Physik zu untersuchen und zu beantworten. Zum Beispiel: Warum besitzen Teilchen ganz bestimmte Massen? Warum bevorzugt die Natur Materie zu Antimaterie? Andere interessante Themen umfassen die Natur der Dunklen Materie sowie die Frage, welche Arten von Materie kurz nach Beginn der Zeit existierte. Der LHC könnte uns auch dabei helfen, nach zusätzlichen Dimensionen der Raumzeit zu suchen.
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