COMPACT MUON SOLENOID - CMS
- CMS Detektor zur besseren Übersicht geöffnet dargestellt
- CMS Detektor geschlossen wie im Betrieb
CMS ist eines der zwei Großexperimente am LHC, das möglichst umfassend und genau alle Phänomene der Elementarteilchenphysik, die im vom LHC neu erschlossenen Energiebereich auftreten, detektieren und erforschen kann. Das Experiment CMS wird von einer internationalen Kollaboration von mehr als 180 Instituten aus fast 40 Ländern gebaut, betrieben und ausgewertet.
Installiert in seiner Experimentierhalle, ca. 100 m unter der Erdoberfläche, umschließt der CMS-Detektor fast lückenlos den Bereich, in der die Proton-Proton-Kollisionen vom LHC erzeugt werden. Er hat einen für Experimente an Kollisionsmaschinen typischen Aufbau. Seine Detektorlagen, die bis zu einem Außendurchmesser von 15 m ähnlich den Schalen einer Zwiebel angeordnet sind, erfüllen jeweils ganz spezifische Aufgaben. Mechanisch gliedert sich der 12500 Tonnen schwere Detektor in einen durch Zylinderlagen aufgebauten Zentralbereich ("Barrel": das LHC-Strahlrohr befindet sich in der Zylinderachse) und in die beiden Endkappen, in denen die Detektoren auf jeweils drei senkrecht stehenden, kreisförmigen Scheiben montiert sind.
- Geöffneter CMS Detektor während der Installation in der unterirdischen Kaverne. In der Mitte sieht man das zentrale Myon-Joch mit montiertem Magneten (links ohne und rechts mit Hitzeschildern). Links und rechts sind die beiden Endkappen, die für den Betrieb an das zentrale Joch herangschoben werden. Das Strahlrohr ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht installiert aber dessen Position ist an der linken Endkappe leicht zu erkennen.
Ein wichtiger Teil des CMS Detektors ist der weltgrößte supraleitende Solenoid-Magnet mit ungefähr 6 m Durchmesser und 13 m Länge, der innerhalb seiner zylindrischen Magnetspule ein Magnetfeld von 4 Tesla (etwa 100000 mal stärker als das Endmagnetfeld) erzeugt. Dadurch werden die Flugbahnen der elektrisch geladenen Teilchen, die in den Kollisionen im Zentrum des Experiments entstehen, entsprechend ihrer elektrischen Ladung und ihrem Impuls (= Masse * Geschwindigkeit) gekrümmt. Die Bahnen dieser Teilchen werden vom präzisen Spurvermessungssystem ("Tracker"), bestehend aus einem inneren Silizium-Pixel-Detektor und einem äußeren Teil mit Silizium-Streifen-Detektoren, vermessen und aufgezeichnet. Um den Tracker, aber noch innerhalb der Magnetspule, befinden sich Kalorimeter, um die Energie auftreffender Teilchen, also auch von elektrisch neutralen, zu bestimmen. Ein elektromagnetisches Kalorimeter aus Blei-Wolframat-Kristallen ist speziell für Photonen und Elektronen bestimmt, das hadronische Kalorimeter ist für die Absorption von Hadronen (z.B. Neutronen und Protonen) optimiert.
- Schnitt durch eine Scheibe des CMS Detektors. Die Wege der unterschiedlichen Teilchen in den verschiedenen Detektorkomponenten sind eingezeichnet.
Eine besondere Stellung nimmt im Experiment die Identifizierung und Vermessung von Myonen ein, die auf Grund ihrer geringen Wechselwirkungswahrscheinlichkeit in den Kalorimetern auch außerhalb der Magnetspule als einzelne Spuren erkannt werden können. Die Signale, die die Myonen in den vier Lagen von Myon-Kammern erzeugen, werden in der Entscheidungslogik eines elektronischen Selektionssystems ("Trigger") verwendet, um physikalisch interessante Ereignisse aus der Fülle von 600 Millionen Kollisionen pro Sekunde zu filtern. Auch die Signale aus den Kalorimetern werden im Trigger eingebunden und zu einer globalen Entscheidung verknüpft. Schließlich werden nur die Daten für einige hundert Ereignisse pro Sekunde aufgezeichnet, um im weltweit verteilten LHC-Data-GRID - z.B. im Hinblick auf die Erzeugung und den Zerfall von Higgs-Teilchen oder das Auftreten supersymmetrischer Teilchen - ausgewertet zu werden.
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