ATLAS @ CERN: Streuung von Quarks bei höchsten Energien

ist Mitglied der ATLAS-Kollaborationund der Helmholtz-Allianz "Physik an der Teraskala"sowie des BMBF Forschungsschwerpunktes ErUM-FSP T02: ATLAS. Sie baute einen Präzisionsdetektor aus szintillierenden Fasern im Rahmen des ALFA Projektsfür ATLAS zur Messung gestreuter Protonen unter kleinsten Winkeln. Sie beteiligt sich an der Physikanalyse von ATLAS, der Luminositätsbestimmung, der Messungen zum Standardmodell und sie ist besonders an der elastischen und diffraktiven Streuung unter kleinsten Winkeln interessiert.

Die bislang wichtigste Entdeckung von ATLAS war der Nachweis des Higgs Teilchens mit einer Masse von 125 GeV/c². M. Düren und H. Stenzel haben den Versuch unternommen, dieses zentrale Element der Elementarteilchenforschung allgemeinverständlich zu erklären: Das Higgs-Teilchen und der Rest der Welt

Im Jahr 2006 hat sich unsere Arbeitsgruppe am II. Physikalischen Institut der ATLAS-Kollaboration am CERN angeschlossen. Eine Kernaufgabe bestand darin, die Detektoren für das  ALFA Projektzu bauen. ALFA steht für Absolute Luminosity For ATLAS und soll zusammen mit anderen Subdetektoren die Luminosität des LHC am ATLAS-Wechselwirkungspunkt bestimmen sowie Messungen zur elastischen und diffraktiven Streuung durchführen.

Einer der insgesamt zehn ALFA-Detektoren ist links in der Abbildung gezeigt. Auffällig sind die zahlreichen Fasern, die zum einen als Nachweismedium für den Durchgang von geladenen Teilchen dienen und zum anderen das bei diesem Durchgang entstehende Lichtsignal weiter transportieren, ähnlich wie beim Informationstransport in optischen Fasern. Aus der Kombination der Fasern, die beim Durchgang von Protonen aus Kollisionen am LHC angesprochen haben, lässt sich sehr genau die Flugbahn der Protonen bestimmen. Dazu war es jedoch nötig, beim Bau des Detektors die Fasern mit größter Präzision auszurichten, wozu die mechanische Werkstatt der Physikalischen Institute in Gießen aufwendige Vorrichtungen hergestellt hatte. Schlussendlich wurde eine Präzision in der Faserausrichtung von 0.03 mm erreicht, die den Anforderungen des Experimentes mehr als genügen.

© 2010 Sune Jakobsen

© 2010 Sune Jakobsen

Der Detektorbau konnte 2010 abgeschlossen werden, und im selben Jahr wurde der Detektor – nach umfangreichen Tests – in den LHC eingebaut (siehe Foto). Das Detektorsystem hat zwei Besonderheiten: Es kann bis auf wenige Millimeter an den LHC-Protonenstrahl herangefahren werden und hat damit einen kleineren Abstand vom Strahl als jeder andere ATLAS-Detektor. Gleichzeitig befinden sich die Detektoren 240 m stromabwärts vom Wechselwirkungspunkt und sind damit sehr weit von den anderen ATLAS-Detektoren entfernt. Dadurch können Protonen gemessen werden, die den Wechselwirkungspunkt unter einem winzigen Streuwinkel von etwa 0.03° verlassen. Solche kleinen Streuwinkel entstehen bei der elastischen Streuung und bei der so genannten diffraktiven Streuung, deren Messung zur Bestimmung der Luminosität und anderer fundamentaler Parameter das Ziel von ALFA ist.

Der ALFA-Detektor konnte im Jahre 2011 den Betrieb aufnehmen und hat seitdem schon zwei wichtige Messungen geliefert: die Messung des totalen und des elastischen Wirkungsquerschnittes von Protonen bei höchsten Energien.

Ermöglicht wurde die Arbeit der Gießener Gruppe im ATLAS Experiment durch die Forschungsförderung des BMBF im Rahmenprogramm ErUM: "Erforschung von Universum und Materie".

Forschung ist internationale Teamarbeit.