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

2. Der LHC und das CMS-Experiment
Dieses Kapitel beschreibt den Large Hadron Collider (LHC) und die wichtigsten damit verbundenen
Experimente. Besonders das Experiment Compact Myon Solenoid (CMS) und
dessen Spurdetektor werden vorgestellt. Das Kapitel schließt mit einer Übersicht zu den
Ausbauplänen des Spurdetektors für die Hochluminositätsphase des LHC.
2.1. Der LHC
Der LHC ist ein Hadronen-Speicherring, der in einem Tunnel mit 26,7 km Umfang am
europäischen Kernforschungszentrum CERN errichtet worden ist. Der LHC wurde dafür
ausgelegt, Proton-Proton-Kollisionen mit einer Schwerpunktenergie von bis zu 14 TeV erzeugen
zu können. Dies wird erreicht, indem die Protonen in einer Beschleunigerkaskade
und zuletzt im großen Hadronen-Speicherring auf gegenläufigen Bahnen jeweils auf bis
zu 7 TeV beschleunigt werden, bevor sie in den Zentren der Experimente miteinander zur
Kollision gebracht werden [EB08].
Eine Übersicht über den Aufbau und die Anordnung der Experimente gibt Abbildung 2.1.
2.1.1. Vorbeschleuniger
Bevor Teilchen in den großen Speicherring des LHC gelangen, durchlaufen sie eine Kette
aus verschiedenen Vorbeschleunigern. Quelle, soweit nicht anders angegeben: [Sch99].
Am Anfang der Kette steht eine Gasflasche, aus welcher der Linearbeschleuniger Linac 2
mit Wasserstoff befüllt wird. Nachdem dort die Elektronen der Atome durch Ionisation
entfernt worden sind, werden die verbleibenden Protonen von einer Reihe hohlzylindrischer
Elektroden beschleunigt. An dieser Wideröe-Struktur liegt hochfrequente Wechselspannung
an, wodurch die Driftröhren elektrische Felder zur Beschleunigung der Protonen
erzeugen können. Linac 2 beschleunigt die Protonen auf eine Energie von 50 MeV.
Danach gelangen die Protonen in den Proton-Synchrotron-Booster. Die Protonen werden
darin auf vier ringförmige Beschleunigungsstrecken mit einem Durchmesser von
50 m aufgeteilt und von Hohlraumresonatoren auf eine Energie von 1,4 GeV beschleunigt.
Dipolmagnete halten die Teilchen auf einer Kreisbahn.
Die nächste Stufe in der Beschleunigerkette stellt das Proton-Synchrotron (PS) dar. Es
gruppiert die Protonen aus dem Booster zu 72 Paketen. Die Teilchen werden von Hohlraumresonatoren
auf 25 GeV (99,93 % der Lichtgeschwindigkeit) beschleunigt.
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