Hands on Particle Physics

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Hands on Particle Physics

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International Masterclasses for High School Students

-

LHC und ATLAS

Jörg Walbersloh

Lehrstuhl für

experimentelle Physik IV


Das Forschungsinstitut CERN


gegründet am 29. Februar 1954 als Europäisches

Kernforschungszentrum

(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)


20 feste Mitgliedsstaaten, 2500 Mitarbeiter


8000 Wissenschaftler aus 580 Instituten

und Universitäten mit über 85 Nationalitäten


Aufgabe: Erforschung der Materie


Betrieb von Teilchenbeschleunigern zur Kollision

von Elementarteilchen wie Elektronen oder Protonen


Betrieb von Detektoren zur Untersuchung

der Kollisionen


CERN - Geburtsstätte des WWW


erfunden 1989 von Tim Berners-Lee


ursprüngliche Idee: vereinfachter

Austausch wissenschaftlicher Daten


heute: vielfältiges Informationssystem

... Tims erster Webserver ...


Der neue Beschleuniger LHC


Proton-Proton Speicherring


versorgt von mehreren

Vorbeschleunigern


27 km Umfang


Kosten: 2 Milliarden SFr


unterläuft französisches

und schweizer Gebiet


80 m bis 150 m Tiefe


vier große Experimente:

ATLAS, CMS, LHC-B und ALICE


LHC - Status


LHC - Status


Analyse von Teilchenkollisionen


Teilchen (z.B. Protonen)

werden bei sehr hohen Energien

zur Kollision gebracht


Aus den Bruchstücken formen

sich neue Teilchen


Diese Tochterteilchen zerfallen

in mehreren Schritten


Am Ende gelangen die Reste

in einen Detektor, wo sie

nachgewiesen werden


Aus der Untersuchung der

Signale schließen wir

zurück auf das grundlegende

physikalische Ereignis


Der ATLAS Detektor

- in Zahlen -


Gesamtlänge: 46 m


Durchmesser: 22 m


Masse: 7000 t


Vollkosten: 1,5 Milliarden SFr


geplante Laufzeit: 10 Jahre


beteiligte Wissenschaftler: 2100

aus 167 Universitäten in 37 Ländern


3000 km verlegte Kabel


3200 TByte Datennahme


100 Milionen elektronische Kanäle


Der ATLAS Detektor

- Aufbau und Struktur -

Endkappen

kalorimeter

Luftkerntoroid

Innendetektor im

Solenoidmagneten

Strahlrohr

Myonenspektrometer

Physiker(in)

Shielding

Vorwärtskalorimeter

elektromag. Kalorimeter

hadronisches Kalorimeter


ATLAS in Dortmund

- Der Pixeldetektor -

Pixel Detektor


Ein Detektor zur Messung von

Teilchenspuren nahe dem Kollisionspunkt


modularer Aufbau: 46080 elektronische

Auslesekanäle auf 2 mal 6 cm 2


250 der insg. 1744 benötigten Module

wurden in Dortmund gebaut und getestet


Der Pixel-Siliziumsensor

Entwicklung und Test


Pixelsensor:

Halbleitersenor

mit 50 mal 400 µm 2

großen Einzelpixeln


Je drei Sensorchips

auf einem „Wafer“


Entwicklung und Test des Sensors

in Dortmund


Das Pixel-Modul

Aufbau und Test in Dortmund


Von der Kollision zur Physik

3 2

1

4


Bereits einfache physikalische

Prozesse können komplexe

Signale in jeder Detektorkomponente

erzeugen, z.B.:

1.) im Innendetektor

2.) im elektromagnetischen

Kalorimeter

3.) im hadronischen

Kalorimeter

4.) in den Myonkammern


Diese Signale zu verstehen und

physikalisch zu deuten ist die

Aufgabe der Teilchenphysiker


Zeitskala und Perspektiven

für ATLAS und LHC


Planungsbeginn Ende 80er Jahre


Baubeginn ca. 2000


2008 Beginn der Datennahme

für rund 10 Jahre


Heute existieren schon Ideen und

Pläne für Nachfolgeprojekte

Viele Möglichkeiten für junge

Wissenschaftler und Studenten in den

nächsten Jahren !!!

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