„ATLAS (Detektor)“ – Versionsunterschied

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'''ATLAS''' ist ein [[Teilchendetektor]] am [[Large Hadron Collider]] (LHC), einem [[Teilchenbeschleuniger]] am europäischen Kernforschungszentrum [[CERN]]. ATLAS war ursprünglich ein [[Akronym]] für {{lang|en|'''A T'''oroidal '''L'''HC '''A'''pparatu'''S'''}} (auf deutsch etwa: „''Ein [[torus]]förmiger LHC-Apparat''“), wird aber mittlerweile nur noch als Eigenname benutzt. Unter anderem wurde mit ATLAS das [[Higgs-Boson]], ein für die Erklärung der [[Masse (Physik)|Masse]] wichtiger Bestandteil, nachgewiesen. Außerdem sollen die derzeit kleinsten bekannten Bausteine der Materie, [[Lepton]]en und [[Quark (Physik)|Quarks]], auf eine etwaige Substruktur hin untersucht werden. Parallel zu ATLAS verfolgt auch der [[Compact Muon Solenoid|CMS]]-Detektor ein ähnliches Physikprogramm, sodass ein Ergebnis eines Experiments am jeweils anderen überprüft werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen etwa 7000 Forscher aus über 200 Instituten weltweit teil.<ref>[http://graybook.cern.ch/programmes/experiments/lhc/ATLAS.html Liste der Teilnehmer], abgerufen am 18. April 2011</ref>
'''ATLAS''' ist ein [[Teilchendetektor]] am [[Large Hadron Collider]] (LHC), einem [[Teilchenbeschleuniger]] am europäischen Kernforschungszentrum [[CERN]]. ATLAS war ursprünglich ein [[Apronym]] für {{lang|en|'''A T'''oroidal '''L'''HC '''A'''pparatu'''S'''}} (siehe [[Atlas (Mythologie)|Atlas]], auf Deutsch etwa: „Ein [[torus]]förmiger LHC-Apparat“), wird aber mittlerweile nur noch als Eigenname benutzt. Unter anderem wurde mit ATLAS das [[Higgs-Boson]], ein für die Erklärung der [[Masse (Physik)|Masse]] wichtiger Bestandteil, nachgewiesen. Außerdem sollen die derzeit kleinsten bekannten Bausteine der Materie, [[Lepton]]en und [[Quark (Physik)|Quarks]], auf eine etwaige Substruktur hin untersucht werden. Parallel zu ATLAS verfolgt auch der [[Compact Muon Solenoid|CMS]]-Detektor ein ähnliches Physikprogramm, sodass ein Ergebnis eines Experiments am jeweils anderen überprüft werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen mehr als 7600 Forscher aus etwa 215 Instituten weltweit teil.<ref>[https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/detail?id=ATLAS Liste der Teilnehmer], abgerufen am 2. August 2015</ref>


Der Bau des [[Large Hadron Collider|LHC]] wurde im Februar 2008 abgeschlossen, die ersten Teilchenkollisionen fanden 2009 statt. Geplant ist der Betrieb von ATLAS bis mindestens 2035.
Der Bau des [[Large Hadron Collider|LHC]] wurde im Februar 2008 abgeschlossen, die ersten Teilchenkollisionen fanden 2009 statt. Geplant ist der Betrieb von ATLAS bis mindestens 2035.{{Zukunft|2035}}


Sprecher der Kollaboration ist zurzeit (2014) [[David Charlton|Dave Charlton]].<ref>[http://www.stfc.ac.uk/resources/pdf/uknewsfromcernissue31.pdf Issue 3] (PDF; 162&nbsp;kB) ''UK news from CERN''</ref> Vorher waren [[Fabiola Gianotti]] (bis Februar 2013) und [[Peter Jenni]] (bis 2009) Sprecher der Kollaboration.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/38709 Übernahme des Sprecheramts durch Fabiola Gianotti 2009.] In: ''CERN Courier'', April 2009</ref>
Sprecher der Kollaboration ist seit 1. März 2021 [[Andreas Hoecker]]. Vorher waren [[Karl Jakobs]] (2017–2021), [[David Charlton]] (2013–2017), [[Fabiola Gianotti]] (2009–2013) und [[Peter Jenni]] (1995–2009) Sprecher der Kollaboration.<ref>{{Internetquelle |url=https://atlas.cern/discover/collaboration/management |titel=ATLAS Management |sprache=en |abruf=2022-02-13}}</ref>


2012 war die ATLAS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden [[Compact Muon Solenoid|CMS]]-Kollaboration an der Entdeckung eines neuen [[Boson]]s beteiligt, das wahrscheinlich das gesuchte [[Higgs-Boson]] ist. Die genauen Eigenschaften werden noch weiter erforscht.
2012 entdeckte die ATLAS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden [[Compact Muon Solenoid|CMS]]-Kollaboration das [[Higgs-Boson]]. Die genauen Eigenschaften werden noch weiter erforscht.


== Physik am ATLAS-Experiment ==
== Physik am ATLAS-Experiment ==
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=== Ursprung der Teilchenmassen ===
=== Ursprung der Teilchenmassen ===
Ein wichtiger Forschungsbereich ist die Frage, wie es zu den stark unterschiedlichen Massen der Elementarteilchen kommt. Die Massen reichen von den winzigen, noch nicht genau bekannten Massen der [[Neutrino]]s bis zur Masse des Top-Quarks, die der eines Gold-Atoms entspricht. Damit ist das schwerste Elementarteilchen mindestens 200 Milliarden mal so schwer ist wie das Leichteste. Untersucht wird in diesem Zusammenhang der [[Higgs-Mechanismus]]. Danach entstehen unterschiedliche Teilchenmassen, weil Teilchen unterschiedlich stark an das Higgsfeld koppeln. Daher hofft man, [[Higgs-Boson]]en als Anregung des Higgsfeldes nachweisen zu können. Dies ist möglich, indem man die Zerfälle der Teilchen untersucht. Es wurde bereits ein Teilchen entdeckt, das in allen gemessenen Parametern mit dem vorhergesagten Higgs-Boson übereinstimmt.<ref>''Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC''. In: ''Phys.Lett.'', B716, 2012, S. 1-29 ([http://arxiv.org/abs/1207.7214 arxiv]) ATLAS Kollaboration</ref> Unklar bleibt aber auch mit dem Higgs-Mechanismus, wieso die Kopplungskonstanten so verschieden sind.
Ein wichtiger Forschungsbereich ist die Frage, wie es zu den stark unterschiedlichen Massen der Elementarteilchen kommt. Die Massen reichen von den winzigen, noch nicht genau bekannten Massen der [[Neutrino]]s bis zur Masse des [[Top-Quark]]s, die der eines Gold-Atoms entspricht. Damit ist das schwerste Elementarteilchen mindestens 200 Milliarden Mal so schwer wie das leichteste. Untersucht wird in diesem Zusammenhang der [[Higgs-Mechanismus]]. Danach entstehen unterschiedliche Teilchenmassen, weil Teilchen unterschiedlich stark an das Higgsfeld koppeln. Daher werden [[Higgs-Boson]]en als Anregung des Higgsfeldes gemessen. Dies ist möglich, indem man die Zerfälle der Teilchen untersucht.<ref>''Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC''. ATLAS Collaboration. In: ''Phys. Lett.'', B716, 2012, S. 1–29, {{arXiv|1207.7214}}.</ref> Unklar bleibt aber auch mit dem Higgs-Mechanismus, wieso die Kopplungskonstanten so verschieden sind.


=== Vereinheitlichung der Wechselwirkungen und Supersymmetrie ===
=== Vereinheitlichung der Wechselwirkungen und Supersymmetrie ===
Die Vereinheitlichung der vier [[Fundamentale Wechselwirkung|fundamentalen Wechselwirkungen]] zu einer [[Quantenfeldtheorie]], die auch die [[Gravitation]] mit einbezieht, bildet einen weiteren Forschungsschwerpunkt. Da diese Vereinheitlichung erst auf Energieskalen weit jenseits der in absehbarer Zeit experimentell erreichbaren Energien geschieht, ist eine direkte Beobachtung nicht möglich. [[Supersymmetrie]] ist eine Voraussetzung für eine Vereinheitlichung, weshalb mit ATLAS gezielt nach supersymmetrischen Teilchen gesucht wird. Gelänge es, supersymmetrische Partner der heute bekannten Elementarteilchen nachzuweisen, ließen sich zumindest drei der vier Grundkräfte in einer [[Große vereinheitlichte Theorie|großen vereinheitlichen Theorie]] kombinieren. Bislang (Stand: 2014) wurden keine neuen Teilchen entdeckt, die bisherigen Ausschlussgrenzen konnten jedoch verbessert werden.<ref>{{Internetquelle|url=https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/SupersymmetryPublicResults|hrsg=ATLAS Kollaboration|titel=ATLAS Supersymmetry (SUSY) searches |zugriff=2013-10-29|sprache=en}}</ref>
Die Vereinheitlichung der vier [[Fundamentale Wechselwirkung|fundamentalen Wechselwirkungen]] zu einer [[Quantenfeldtheorie]], die auch die [[Gravitation]] mit einbezieht, bildet einen weiteren Forschungsschwerpunkt. Da diese Vereinheitlichung erst auf Energieskalen weit jenseits der in absehbarer Zeit experimentell erreichbaren Energien geschieht, ist eine direkte Beobachtung nicht möglich. [[Supersymmetrie]] ist eine Voraussetzung für eine Vereinheitlichung, weshalb mit ATLAS gezielt nach supersymmetrischen Teilchen gesucht wird. Gelänge es, supersymmetrische Partner der heute bekannten Elementarteilchen nachzuweisen, ließen sich zumindest drei der vier Grundkräfte in einer [[Große vereinheitlichte Theorie|großen vereinheitlichen Theorie]] kombinieren. Bislang (Stand: 2014) wurden keine neuen Teilchen entdeckt, die bisherigen Ausschlussgrenzen konnten jedoch verbessert werden.<ref>{{Internetquelle |url=https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/SupersymmetryPublicResults |titel=ATLAS Supersymmetry (SUSY) searches |hrsg=ATLAS Kollaboration |abruf=2013-10-29 |sprache=en}}</ref>


=== B-Physik ===
=== B-Physik ===
Darüber hinaus wird am ATLAS-Detektor auch [[B-Physik]] betrieben. Dabei wird der Zerfall von B-Mesonen und ihrer [[Antiteilchen]] beobachtet. Wenn sich dabei Unterschiede in den Wahrscheinlichkeiten für bestimmte [[Zerfallskanal|Zerfallskanäle]] zwischen Teilchen und Antiteilchen zeigen, ist dies eine Verletzung der [[CP-Symmetrie]]. Solche CP-verletzenden Prozesse sind Voraussetzung dafür, dass es im Universum, wie beobachtet, mehr Materie als [[Antimaterie]] geben kann. Diese Messungen ergänzen und überprüfen oft Ergebnisse des [[LHCb]]-Experiments, beispielsweise bei der Mischung von [[B-Meson|B<sub>s</sub>-Mesonen]].<ref>{{Internetquelle|url=http://arxiv.org/abs/1208.0572|hrsg=ATLAS Kollaboration|titel=Time-dependent angular analysis of the decay Bs → J/psi phi and extraction of Delta Gamma_s and the CP-violating weak phase phi_s by ATLAS|datum=2013-03-24|zugriff=2013-10-29}}</ref>
Darüber hinaus wird am ATLAS-Detektor auch [[B-Physik]] betrieben. Dabei wird der Zerfall von B-Mesonen und ihrer [[Antiteilchen]] beobachtet. Wenn sich dabei Unterschiede in den Wahrscheinlichkeiten für bestimmte [[Zerfallskanal|Zerfallskanäle]] zwischen Teilchen und Antiteilchen zeigen, ist dies eine Verletzung der [[CP-Symmetrie]]. Solche CP-verletzenden Prozesse sind Voraussetzung dafür, dass es im Universum, wie beobachtet, mehr Materie als [[Antimaterie]] geben kann. Diese Messungen ergänzen und überprüfen oft Ergebnisse des [[LHCb]]-Experiments, beispielsweise bei der Mischung von [[B-Meson|B<sub>s</sub>-Mesonen]]<ref>{{Literatur |Hrsg=ATLAS Kollaboration |Titel=Time-dependent angular analysis of the decay Bs → J/psi phi and extraction of Delta Gamma_s and the CP-violating weak phase phi_s by ATLAS |Datum=2013-03-24 |arXiv=1208.0572}}</ref> oder den seltenen Zerfällen B<sub>s</sub> → µµ und B<sup>0</sup> → µµ<ref>{{Literatur |Hrsg=ATLAS Kollaboration |Titel=Study of the rare decays of B<sub>s</sub> and B<sup>0</sup> into muon pairs from data collected during the LHC Run 1 with the ATLAS detector |Datum=2016-09-29 |arXiv=1604.04263}}</ref>
Man hofft aber auch bisher unbekannte CP-verletzende Prozesse durch die Entdeckung neuer Teilchen, beispielsweise das Higgs-Boson und supersymmetrische Teilchen, zu finden.
Man hofft aber auch bisher unbekannte CP-verletzende Prozesse durch die Entdeckung neuer Teilchen zu finden.


=== Substruktur von Teilchen ===
=== Substruktur von Teilchen ===
Im Bereich der [[Elementarteilchenphysik]] wird untersucht, ob [[Lepton]]en und [[Quark (Physik)|Quarks]] eine Substruktur haben und also aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind. Damit könnte möglicherweise eine Antwort auf die Frage gefunden werden, ob es tatsächlich genau drei Generationen von [[Elementarteilchen]] gibt und ob es noch weitere unentdeckte Teilchen gibt. Bislang (Stand: 2014) wurde keine Substruktur gefunden und solche Modelle konnten teilweise ausgeschlossen werden.<ref>''Search for Production of Resonant States in the Photon-Jet Mass Distribution Using pp Collisions at √s=7 TeV Collected by the ATLAS Detector''. In: ''Phys. Rev. Lett.'' 108, 211802, 2012, ([http://arxiv.org/abs/1112.3580 arxiv]) ATLAS Collaboration</ref>
Im Bereich der [[Elementarteilchenphysik]] wird untersucht, ob [[Lepton]]en und [[Quark (Physik)|Quarks]] eine Substruktur haben und also aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind. Damit könnte möglicherweise eine Antwort auf die Frage gefunden werden, ob es tatsächlich genau drei Generationen von [[Elementarteilchen]] gibt und ob es noch weitere unentdeckte Teilchen gibt. Bislang (Stand: 2014) wurde keine Substruktur gefunden und solche Modelle konnten teilweise ausgeschlossen werden.<ref>''Search for Production of Resonant States in the Photon-Jet Mass Distribution Using pp Collisions at √s=7 TeV Collected by the ATLAS Detector''. In: ''Phys. Rev. Lett.'' 108, 211802, 2012, {{arXiv|1112.3580}}.</ref>


=== Weitere Analysen ===
=== Weitere Analysen ===
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== Aufbau des Detektors ==
== Aufbau des Detektors ==
ATLAS hat die Form eines Zylinders mit einer Länge von 46&nbsp;m und einem Durchmesser von 25&nbsp;m und hat ein Gewicht von 7.000 Tonnen. Damit ist er der größte bislang gebaute Teilchendetektor.<ref>{{Internetquelle|url=http://web.archive.org/web/20070228133909/http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2006/PR17.06E.html|titel=World’s largest superconducting magnet switches on|hrsg=CERN|datum=2006-11-20|zugriff=2013-10-29}}</ref> Das Experiment besteht aus vier übergeordneten Systemen. Die Systeme sind, wie bei Teilchendetektoren für [[Colliding-Beam-Experiment]]e üblich, in einer Zwiebelschalenstruktur angeordnet, wobei jede Schicht nur ausgewählte Teilchen und auch nur bestimmte Eigenschaften dieser Teilchen misst.
ATLAS hat die Form eines Zylinders mit einer Länge von 46&nbsp;m und einem Durchmesser von 25&nbsp;m und hat ein Gewicht von 7.000 Tonnen. Damit ist er der größte bislang gebaute Teilchendetektor.<ref>{{Internetquelle |url=http://press.cern/press-releases/2006/11/worlds-largest-superconducting-magnet-switches |titel=World’s largest superconducting magnet switches on |hrsg=CERN |datum=2006-11-20 |abruf=2016-11-12}}</ref> Das Experiment besteht aus vier übergeordneten Systemen. Die Systeme sind, wie bei Teilchendetektoren für [[Colliding-Beam-Experiment]]e üblich, in einer Zwiebelschalenstruktur angeordnet, wobei jede Schicht nur ausgewählte Teilchen und auch nur bestimmte Eigenschaften dieser Teilchen misst.


=== Magnetsystem ===
=== Magnetsystem ===
Das Magnetsystem erzeugt das magnetische Feld, welches geladene Teilchen ablenkt. Es besteht aus einem zentralen [[Solenoid]]-Magnetfeld von 2 [[Tesla (Einheit)|Tesla]], dem Endkappen-Toroiden und dem Barrel-Toroiden. Toroide sind Magnete in Form eines [[Torus]], welche im Inneren ein sehr homogenes Magnetfeld erzeugen. Durch die Krümmung der Flugbahn geladener Teilchen kann deren Impuls bestimmt werden.
Das Magnetsystem erzeugt das magnetische Feld, welches geladene Teilchen ablenkt. Es besteht aus einem zentralen [[Solenoid (Zylinderspule)|Solenoid]]-Magnetfeld von 2 [[Tesla (Einheit)|Tesla]], dem Endkappen-Toroiden und dem Barrel-Toroiden. [[Toroidspule|Toroide]] sind Magnete in Form eines [[Torus]], welche im Inneren ein sehr homogenes Magnetfeld erzeugen. Durch die Krümmung der Flugbahn geladener Teilchen kann deren Impuls bestimmt werden.


=== Innerer Detektor ===
=== Innerer Detektor ===
Der Innere Detektor besteht aus drei Subdetektoren. Der innerste Teil ist der ATLAS-Pixeldetektor mit drei Lagen [[Halbleiterdetektor|Siliziumsensoren]]. Die Sensoren beginnen in einem Abstand von 50,5&nbsp;mm um den Wechselwirkungsbereich der Strahlen herum und erlauben eine hohe Auflösung der einzelnen Wechselwirkungspunkte. Um den Pixeldetektor herum schließt sich ein Silizium-Streifendetektor an, der weitere Spurpunkte zur Bestimmung der Flugbahn liefert. Der [[Übergangsstrahlungsdetektor|Übergangsstrahlungsspurdetektor]] (engl. {{lang|en|Transition Radiation Tracker}}, TRT) ist der äußerste Teil des inneren Detektors und registriert etwa 30 Spurpunkte pro durchgehendem ionisierenden Teilchen. Durch den Nachweis von Übergangsstrahlung kann außerdem zwischen [[Elektron]]en und [[Hadron]]en unterschieden werden.
Der Innere Detektor besteht aus drei Subdetektoren. Der innerste Teil ist der ATLAS-Pixeldetektor mit vier Lagen [[Halbleiterdetektor|Siliziumsensoren]]. Die Sensoren beginnen in einem Abstand von 32&nbsp;mm um den Wechselwirkungsbereich der Strahlen herum und erlauben eine hohe Auflösung der einzelnen Wechselwirkungspunkte. Um den Pixeldetektor herum schließt sich ein Silizium-Streifendetektor an, der weitere Spurpunkte zur Bestimmung der Flugbahn liefert. Der [[Übergangsstrahlungsdetektor|Übergangsstrahlungsspurdetektor]] (engl. {{lang|en|Transition Radiation Tracker}}, TRT) ist der äußerste Teil des inneren Detektors und registriert etwa 30 Spurpunkte pro durchgehendem ionisierenden Teilchen. Durch den Nachweis von Übergangsstrahlung kann außerdem zwischen [[Elektron]]en und [[Hadron]]en unterschieden werden.


=== Kalorimetersystem ===
=== Kalorimetersystem ===
Das [[Kalorimeter (Teilchenphysik)|Kalorimetersystem]] besteht aus einem elektromagnetischen Kalorimeter und einem hadronischen Kalorimeter. Das gesamte elektromagnetische und Teile des hadronischen Kalorimeters benutzen flüssiges Argon als aktives Detektormaterial und wurden deshalb in insgesamt drei [[Kryostat]]en eingebaut. Der äußere Teil des hadronischen Kalorimeters beruht auf [[Szintillator]]-Technik. Das elektromagnetische Kalorimeter bestimmt Impuls und Energie von elektromagnetisch wechselwirkenden Teilchen. Der Wechselwirkungsquerschnitt ist dabei umgekehrt proportional zur Masse des geladenen Teilchens, weshalb vorrangig Elektronen-Photonen-Schauer und kaum die schwereren Myonen detektiert werden. Das sich nach außen hin anschließende hadronische Kalorimeter bestimmt Art und Energie der Hadronen.
Das [[Kalorimeter (Teilchenphysik)|Kalorimetersystem]] besteht aus einem elektromagnetischen Kalorimeter und einem hadronischen Kalorimeter. Das gesamte elektromagnetische und Teile des hadronischen Kalorimeters benutzen flüssiges Argon als aktives Detektormaterial und wurden deshalb in insgesamt drei [[Kryostat]]en eingebaut. Der äußere Teil des hadronischen Kalorimeters beruht auf [[Szintillator]]-Technik. Das elektromagnetische Kalorimeter bestimmt Impuls und Energie von elektromagnetisch wechselwirkenden Teilchen. Der [[Wechselwirkungsquerschnitt]] ist dabei umgekehrt proportional zur Masse des geladenen Teilchens, weshalb vorrangig Elektronen-Photonen-Schauer detektiert werden. Das sich nach außen hin anschließende hadronische Kalorimeter bestimmt die Energie der Hadronen.


=== Myon-Detektoren ===
=== Myon-Detektoren ===
Es werden zwei verschiedene Myon-Detektoren eingesetzt. Das erste System (''{{lang|en|precision chambers}}'') mit einer hohen Ortsauflösung wird primär zur Bestimmung von Spurverlauf und Impuls der Myonen eingesetzt, das zweite wird primär zur [[Trigger (Physik)|Triggerung]], das heißt zur schnellen Markierung von physikalisch interessanten Ereignissen mit Myonen benutzt.
Es werden zwei verschiedene Myon-Detektoren eingesetzt. Das erste System (''{{lang|en|precision chambers}}'') mit einer hohen Ortsauflösung wird primär zur Bestimmung von Spurverlauf und Impuls der Myonen eingesetzt, das zweite wird primär zur [[Trigger (Physik)|Triggerung]] benutzt, das heißt zur schnellen Markierung von physikalisch interessanten Ereignissen mit Myonen.
Die Myonen können getrennt von anderen Teilchen gemessen werden, da sie nicht an der starken Wechselwirkung beteiligt sind und wegen ihrer großen Masse die Kalorimeter ungestört durchqueren können.
Die Myonen können getrennt von anderen Teilchen gemessen werden, da sie nicht an der starken Wechselwirkung beteiligt sind und wegen ihrer großen Masse die Kalorimeter ungestört durchqueren können.


== Literatur ==
== Literatur ==
* ''ATLAS Detector and Physics Performance.'' Technical Design Report, ATLAS Collaboration, 25 May 1999, [http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/TDR/physics_tdr/printout/Volume_I.pdf Volume 1.] (PDF; 8,08&nbsp;MB) CERN/LHCC/99-14, [http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/TDR/physics_tdr/printout/Volume_II.pdf Volume 2.] (PDF; 9,56&nbsp;MB) CERN/LHCC/99-15
* ''ATLAS Detector and Physics Performance.'' Technical Design Report, ATLAS Collaboration, 25 May<!--sic!--> 1999, [http://cds.cern.ch/record/391176 Volume 1.] CERN-LHCC-99-014, [http://cds.cern.ch/record/391177 Volume 2.] CERN-LHCC-99-015


== Weblinks ==
== Weblinks ==
{{Commons|ATLAS experiment|{{PAGENAME}}}}
{{Commons|ATLAS experiment|ATLAS (Detektor)}}
* [http://www.atlas.ch/ Selbstdarstellung des Projekts für die allgemeine Öffentlichkeit]
* [http://www.atlas.ch/ Website der ATLAS-Kollaboration]
* [http://www.weltmaschine.de/experimente/atlas/ ATLAS-Webseite der deutschen LHC-Forscher]
* [https://www.fsp103-atlas.de/ ATLAS-Webseite der deutschen LHC-Forscher]
* [http://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/experimente/teilchenbeschleuniger/lhc/lhc-experimente/atlas/ Die mit ATLAS untersuchte Physik], verfasst vom Physik-Koordinator des Experiments
* [http://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/experimente/teilchenbeschleuniger/lhc/lhc-experimente/atlas/ Die mit ATLAS untersuchte Physik], verfasst vom Physik-Koordinator des Experiments
* [http://www.lhc-facts.ch/index.php?page=atlas Aufbau des ATLAS-Detektors]
* [http://www.lhc-facts.ch/index.php?page=atlas Aufbau des ATLAS-Detektors]
⚫
* [http://www.fsp101-atlas.de/ Die offizielle Seite des BMBF-Forschungsschwerpunkts „ATLAS-Experiment“ (FSP 101)]
* [http://atlas.web.cern.ch/Atlas/Welcome.html Webseite der ATLAS-Kollaboration] (englisch)
⚫
* [http://www.fsp101-atlas.de/ Die offizielle Seite des BMBF-Forschungsschwerpunkts ATLAS Experiment (FSP 101)]


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
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{{Navigationsleiste Large Hadron Collider}}
{{Navigationsleiste Large Hadron Collider}}

{{DEFAULTSORT:Atlas}}
[[Kategorie:Internationales Forschungsprojekt]]
[[Kategorie:Abkürzung]]

Aktuelle Version vom 31. Juli 2024, 14:07 Uhr

Large Hadron Collider (LHC) Anordnung der verschiedenen Beschleuniger und Detektoren des LHC
Anordnung der verschiedenen Beschleuniger und Detektoren des LHC
Detektoren
 Teilweise aufgebaut:
Vorbeschleuniger

Koordinaten: 46° 14′ 8,7″ N, 6° 3′ 18,3″ O; CH1903: 493278 / 121422

Karte: Schweiz
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ATLAS (Detektor)​
360° Panorama des ATLAS Detektors am LHC
Als Kugelpanorama anzeigen
ATLAS-Kaverne, Oktober 2004
ATLAS, November 2005
Der ATLAS-Kontrollraum zur Techniküberwachung

ATLAS ist ein Teilchendetektor am Large Hadron Collider (LHC), einem Teilchenbeschleuniger am europäischen Kernforschungszentrum CERN. ATLAS war ursprünglich ein Apronym für A Toroidal LHC ApparatuS (siehe Atlas, auf Deutsch etwa: „Ein torusförmiger LHC-Apparat“), wird aber mittlerweile nur noch als Eigenname benutzt. Unter anderem wurde mit ATLAS das Higgs-Boson, ein für die Erklärung der Masse wichtiger Bestandteil, nachgewiesen. Außerdem sollen die derzeit kleinsten bekannten Bausteine der Materie, Leptonen und Quarks, auf eine etwaige Substruktur hin untersucht werden. Parallel zu ATLAS verfolgt auch der CMS-Detektor ein ähnliches Physikprogramm, sodass ein Ergebnis eines Experiments am jeweils anderen überprüft werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen mehr als 7600 Forscher aus etwa 215 Instituten weltweit teil.[1]

Der Bau des LHC wurde im Februar 2008 abgeschlossen, die ersten Teilchenkollisionen fanden 2009 statt. Geplant ist der Betrieb von ATLAS bis mindestens 2035.

Sprecher der Kollaboration ist seit 1. März 2021 Andreas Hoecker. Vorher waren Karl Jakobs (2017–2021), David Charlton (2013–2017), Fabiola Gianotti (2009–2013) und Peter Jenni (1995–2009) Sprecher der Kollaboration.[2]

2012 entdeckte die ATLAS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden CMS-Kollaboration das Higgs-Boson. Die genauen Eigenschaften werden noch weiter erforscht.

Physik am ATLAS-Experiment

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Mit dem ATLAS-Detektor wird das Standardmodell der Teilchenphysik überprüft und nach möglicher Physik jenseits des Standardmodells gesucht.

Ursprung der Teilchenmassen

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Ein wichtiger Forschungsbereich ist die Frage, wie es zu den stark unterschiedlichen Massen der Elementarteilchen kommt. Die Massen reichen von den winzigen, noch nicht genau bekannten Massen der Neutrinos bis zur Masse des Top-Quarks, die der eines Gold-Atoms entspricht. Damit ist das schwerste Elementarteilchen mindestens 200 Milliarden Mal so schwer wie das leichteste. Untersucht wird in diesem Zusammenhang der Higgs-Mechanismus. Danach entstehen unterschiedliche Teilchenmassen, weil Teilchen unterschiedlich stark an das Higgsfeld koppeln. Daher werden Higgs-Bosonen als Anregung des Higgsfeldes gemessen. Dies ist möglich, indem man die Zerfälle der Teilchen untersucht.[3] Unklar bleibt aber auch mit dem Higgs-Mechanismus, wieso die Kopplungskonstanten so verschieden sind.

Vereinheitlichung der Wechselwirkungen und Supersymmetrie

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Die Vereinheitlichung der vier fundamentalen Wechselwirkungen zu einer Quantenfeldtheorie, die auch die Gravitation mit einbezieht, bildet einen weiteren Forschungsschwerpunkt. Da diese Vereinheitlichung erst auf Energieskalen weit jenseits der in absehbarer Zeit experimentell erreichbaren Energien geschieht, ist eine direkte Beobachtung nicht möglich. Supersymmetrie ist eine Voraussetzung für eine Vereinheitlichung, weshalb mit ATLAS gezielt nach supersymmetrischen Teilchen gesucht wird. Gelänge es, supersymmetrische Partner der heute bekannten Elementarteilchen nachzuweisen, ließen sich zumindest drei der vier Grundkräfte in einer großen vereinheitlichen Theorie kombinieren. Bislang (Stand: 2014) wurden keine neuen Teilchen entdeckt, die bisherigen Ausschlussgrenzen konnten jedoch verbessert werden.[4]

B-Physik

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Darüber hinaus wird am ATLAS-Detektor auch B-Physik betrieben. Dabei wird der Zerfall von B-Mesonen und ihrer Antiteilchen beobachtet. Wenn sich dabei Unterschiede in den Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Zerfallskanäle zwischen Teilchen und Antiteilchen zeigen, ist dies eine Verletzung der CP-Symmetrie. Solche CP-verletzenden Prozesse sind Voraussetzung dafür, dass es im Universum, wie beobachtet, mehr Materie als Antimaterie geben kann. Diese Messungen ergänzen und überprüfen oft Ergebnisse des LHCb-Experiments, beispielsweise bei der Mischung von Bs-Mesonen[5] oder den seltenen Zerfällen Bs → µµ und B0 → µµ[6] Man hofft aber auch bisher unbekannte CP-verletzende Prozesse durch die Entdeckung neuer Teilchen zu finden.

Substruktur von Teilchen

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Im Bereich der Elementarteilchenphysik wird untersucht, ob Leptonen und Quarks eine Substruktur haben und also aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind. Damit könnte möglicherweise eine Antwort auf die Frage gefunden werden, ob es tatsächlich genau drei Generationen von Elementarteilchen gibt und ob es noch weitere unentdeckte Teilchen gibt. Bislang (Stand: 2014) wurde keine Substruktur gefunden und solche Modelle konnten teilweise ausgeschlossen werden.[7]

Weitere Analysen

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Neben diesen Hauptaufgaben ist der ATLAS-Detektor auch darauf ausgelegt, weitere Forschungsfelder abzudecken. Dazu zählen etwa Prozesse der Quantenchromodynamik sowie die Suche nach Teilchen mit anormalen Quantenzahlen wie beispielsweise Leptoquarks oder Dileptonen.

Aufbau des Detektors

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ATLAS hat die Form eines Zylinders mit einer Länge von 46 m und einem Durchmesser von 25 m und hat ein Gewicht von 7.000 Tonnen. Damit ist er der größte bislang gebaute Teilchendetektor.[8] Das Experiment besteht aus vier übergeordneten Systemen. Die Systeme sind, wie bei Teilchendetektoren für Colliding-Beam-Experimente üblich, in einer Zwiebelschalenstruktur angeordnet, wobei jede Schicht nur ausgewählte Teilchen und auch nur bestimmte Eigenschaften dieser Teilchen misst.

Magnetsystem

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Das Magnetsystem erzeugt das magnetische Feld, welches geladene Teilchen ablenkt. Es besteht aus einem zentralen Solenoid-Magnetfeld von 2 Tesla, dem Endkappen-Toroiden und dem Barrel-Toroiden. Toroide sind Magnete in Form eines Torus, welche im Inneren ein sehr homogenes Magnetfeld erzeugen. Durch die Krümmung der Flugbahn geladener Teilchen kann deren Impuls bestimmt werden.

Innerer Detektor

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Der Innere Detektor besteht aus drei Subdetektoren. Der innerste Teil ist der ATLAS-Pixeldetektor mit vier Lagen Siliziumsensoren. Die Sensoren beginnen in einem Abstand von 32 mm um den Wechselwirkungsbereich der Strahlen herum und erlauben eine hohe Auflösung der einzelnen Wechselwirkungspunkte. Um den Pixeldetektor herum schließt sich ein Silizium-Streifendetektor an, der weitere Spurpunkte zur Bestimmung der Flugbahn liefert. Der Übergangsstrahlungsspurdetektor (engl. Transition Radiation Tracker, TRT) ist der äußerste Teil des inneren Detektors und registriert etwa 30 Spurpunkte pro durchgehendem ionisierenden Teilchen. Durch den Nachweis von Übergangsstrahlung kann außerdem zwischen Elektronen und Hadronen unterschieden werden.

Kalorimetersystem

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Das Kalorimetersystem besteht aus einem elektromagnetischen Kalorimeter und einem hadronischen Kalorimeter. Das gesamte elektromagnetische und Teile des hadronischen Kalorimeters benutzen flüssiges Argon als aktives Detektormaterial und wurden deshalb in insgesamt drei Kryostaten eingebaut. Der äußere Teil des hadronischen Kalorimeters beruht auf Szintillator-Technik. Das elektromagnetische Kalorimeter bestimmt Impuls und Energie von elektromagnetisch wechselwirkenden Teilchen. Der Wechselwirkungsquerschnitt ist dabei umgekehrt proportional zur Masse des geladenen Teilchens, weshalb vorrangig Elektronen-Photonen-Schauer detektiert werden. Das sich nach außen hin anschließende hadronische Kalorimeter bestimmt die Energie der Hadronen.

Myon-Detektoren

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Es werden zwei verschiedene Myon-Detektoren eingesetzt. Das erste System (precision chambers) mit einer hohen Ortsauflösung wird primär zur Bestimmung von Spurverlauf und Impuls der Myonen eingesetzt, das zweite wird primär zur Triggerung benutzt, das heißt zur schnellen Markierung von physikalisch interessanten Ereignissen mit Myonen. Die Myonen können getrennt von anderen Teilchen gemessen werden, da sie nicht an der starken Wechselwirkung beteiligt sind und wegen ihrer großen Masse die Kalorimeter ungestört durchqueren können.

Literatur

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  • ATLAS Detector and Physics Performance. Technical Design Report, ATLAS Collaboration, 25 May 1999, Volume 1. CERN-LHCC-99-014, Volume 2. CERN-LHCC-99-015
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Commons: ATLAS (Detektor) – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ Liste der Teilnehmer, abgerufen am 2. August 2015
  2. ↑ ATLAS Management. Abgerufen am 13. Februar 2022 (englisch).
  3. ↑ Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC. ATLAS Collaboration. In: Phys. Lett., B716, 2012, S. 1–29, arxiv:1207.7214.
  4. ↑ ATLAS Supersymmetry (SUSY) searches. ATLAS Kollaboration, abgerufen am 29. Oktober 2013 (englisch).
  5. ↑ ATLAS Kollaboration (Hrsg.): Time-dependent angular analysis of the decay Bs → J/psi phi and extraction of Delta Gamma_s and the CP-violating weak phase phi_s by ATLAS. 24. März 2013, arxiv:1208.0572.
  6. ↑ ATLAS Kollaboration (Hrsg.): Study of the rare decays of Bs and B0 into muon pairs from data collected during the LHC Run 1 with the ATLAS detector. 29. September 2016, arxiv:1604.04263.
  7. ↑ Search for Production of Resonant States in the Photon-Jet Mass Distribution Using pp Collisions at √s=7 TeV Collected by the ATLAS Detector. In: Phys. Rev. Lett. 108, 211802, 2012, arxiv:1112.3580.
  8. ↑ World’s largest superconducting magnet switches on. CERN, 20. November 2006, abgerufen am 12. November 2016.
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