Neustart des LHC: die Detektoren by Michael Hauschild

Autor:Michael Hauschild
Die sprache: deu
Format: epub
ISBN: 9783658231064
Herausgeber: Springer Fachmedien Wiesbaden

2.2 Die Entscheidung

Das LHCC-Komitee besteht aus einer Reihe von hauptsächlich externen, nicht am CERN ansässigen Experten, die nun die Aufgabe hatten, die Vorschläge zu prüfen, insbesondere die Durchführbarkeit, die geplante Leistungsfähigkeit, den Zeitplan und die Kostenabschätzung der Detektoren. Nach einem halben Jahr intensiver Arbeit gab das Komitee schließlich im April 1993 die Empfehlung an den CERN-Generaldirektor, nur die ATLAS- und CMS-Detektor-Vorschläge weiter zu verfolgen. Da die Vorgabe, die Kosten eines Detektors im Rahmen von 300 Mio. Schweizer Franken zu halten, von beiden Gruppen deutlich übertroffen wurde, wurde zur Auflage gemacht, zunächst eine abgespeckte, kostengünstigere Version zu entwickeln, die dann später vervollständigt werden sollte. Der Vorschlag der L3P-Gruppe sollte nicht weiter verfolgt werden, allerdings wechselten viele der ehemaligen L3P-Physiker in den nachfolgenden Jahren zu CMS, zu dessen Konzept noch die größten Gemeinsamkeiten bestanden, um beim LHC-Projekt nicht außen vor zu bleiben.

Parallel zu den Diskussionen im CERN-Council um den LHC-Beschleuniger, der ebenfalls aus Kostengründen im Dezember 1994 mit zunächst nur zwei Drittel der erforderlichen Magnete und erst zwei Jahre später endgültig mit allen Magneten genehmigt wurde, mussten die Teilchenphysiker ihre Detektor-Vorschläge weiter verfeinern. Nächster Schritt war die Beschreibung der technischen Umsetzung (Technical Proposal), die zeitgleich zur der Genehmigung des LHC erfolgte. Es folgten eine Reihe von detaillierten technischen Beschreibungen (Technical Design Reports) der einzelnen Detektor-Komponenten. Über mehrere Jahre entstanden so auf 9600 Seiten, aufgeteilt in 24 Bände, die Baupläne der beiden großen LHC-Vielzweck-Detektoren.

Weiterhin sollte es am LHC auch zwei Spezial-Detektoren geben, die Antworten auf bestimmte Fragestellungen geben sollten, neben der erhofften Entdeckung des Higgs-Teilchens und weiterer, neuer Teilchen über das Standardmodell der Teilchenphysik hinaus. ALICE ( A Large Ion Collider Experiment) konzentriert sich dabei auf die Untersuchung von Kollisionen schwerer Bleikerne (heavy ions), die der LHC ebenfalls auf bislang unerreicht hohe Energien bringen kann. Die in den Kernen gebundene Struktur von Protonen und Neutronen und ihren Bestandteilen, den Quarks und Gluonen, wird bei der Kollision dabei kurzzeitig aufgebrochen und ein Plasma aus freien Quarks und Gluonen entsteht. Die Eigenschaften dieses neuen Materiezustands zu untersuchen ist Hauptaufgabe von ALICE.

Der andere Spezial-Detektor namens LHCb ist vorzugsweise zur Untersuchung des Bottom-Quarks und seines Antiteilchens, dem Antibottom-Quark, konzipiert, die beide am LHC mit außerordentlich hoher Rate produziert werden. Neben den Verbindungen der Bottom-Quarks mit anderen Quarks, die sich in neuen, meist selten vorkommenden Teilchen manifestieren, interessiert besonders die Frage nach den Unterschieden von Quarks und Antiquarks, also von Materie und Antimaterie. Bis auf die entgegengesetzte Ladung von Antiteilchen sollte man keine Unterschiede in der Produktion und den Zerfällen gegenüber normalen Teilchen erwarten. Und doch muss es einen winzigen Unterschied geben, der für unsere Existenz und überhaupt für die Existenz unseres Universums, so wie wir es kennen, verantwortlich ist. Unmittelbar nach dem Urknall sollte sich aus der reinen Energie gleichermaßen viel Materie wie Antimaterie gebildet haben, die unmittelbar darauf wieder zu reiner Energie zerstrahlen, wenn, ja wenn Materie und Antimaterie sich nicht doch ein wenig unterscheiden. Dieser winzige Unterschied muss dafür gesorgt haben, dass bei der Zerstrahlung ein wenig mehr Materie übrig blieb, aus der wir und das Universum letztlich bestehen.

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