IEKP-KA/2013-4 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT

1. Einleitung
Physik ist per Definition die Wissenschaft vom Wesen und den Prinzipien der Natur. Ein
Teilgebiet davon ist die Teilchenphysik, die sich mit den Grundbausteinen der Materie
sowie den fundamentalen Kräften der Natur beschäftigt. Das derzeit im wahrsten Sinne
des Wortes umfangreichste Projekt in diesem Bereich ist der Betrieb des großen Speicherrings
Large-Hadron-Collider (LHC 1 ) am Europäischen Kernforschungszentrum CERN 2 .
Das Jahr 2012 war ein herausragendes Jahr für die Teilchenphysik. Der LHC erzeugte
Proton-Proton-Kollisionen bei Schwerpunktenergien von bis zu √ s = 8 TeV und konnte
den beiden großen universellen Teilchendetektoren ATLAS und CMS mit einer integrierten
Luminosität von 23,3 fb −1 so viele hochenergetische Proton-Proton-Teilchenkollisionen
wie niemals zuvor bereitstellen. Am 4. Juli 2012 verkündeten die beiden Kollaborationen
von ATLAS und CMS die Entdeckung eines Teilchens, dessen Eigenschaften denen des
Standardmodell-Higgs-Bosons entsprechen.
Der Erfolg des LHC und seiner Experimente ist eine große Motivation für die Planungen
zum Ausbau des Speicherrings zum HL-LHC 3 . Ab dem Jahr 2020 soll damit die Luminosität
noch einmal um den Faktor 10 gesteigert werden. Dies ermöglicht neben der dadurch
erhöhten Nachweisgenauigkeit von seltenen Prozessen auch die Suche nach neuer
Physik.
Die zu erwartenden hohen Ereignisraten verbunden mit dem Umstand, dass der Spurdetektor
von CMS bis dahin das Ende seiner technischen Lebensdauer erreicht haben wird,
machen einen Austausch dieses Subdetektors für den HL-LHC notwendig.
Die Anforderungen an den neuen Spurdetektor beinhalten die Robustheit gegen die zu
erwartende Strahlenbelastung bei einer integrierten Gesamtluminosität von 3000 fb −1
über seiner Lebensdauer. Darüber hinaus sollen die verwendeten Siliziumsensoren deutlich
dünner als bisher werden, was die Verarmungsspannungen und Leckströme verringert
und gleichzeitig weniger Materialeinsatz erfordert. Außerdem soll der neue Spurdetektor
einen Beitrag zum Trigger leisten.
Daher führt die CMS-Spurdetektor-Kollaboration eine Forschungs- und Entwicklungskampagne
durch, um ein geeignetes Material und Layout für den zukünftigen Spurdetektor
zu finden. Die Datennahme soll in Zukunft binär erfolgen, um die erzeugte Da-
1 Large Hadron Collider (engl.): Großer Hadronen Speicherring
2 Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (franz.)
3 Abkürzung (engl.): High Luminosity Large Hadron Collider
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