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ATLAS: das „Gottesteilchen-Experiment“

Der Detektor für das Higgs-Boson

Der Detektor mit dem eher pragmatischen Namen: „A Toroidal LHC Apparatus“ kennzeichnet die Hoffnung all jeder Physiker, die sich der Suche nach dem Higgs-Boson verschrieben haben. Denn hier, in dem 44 Meter langen Detektor, könnte sich die Teilchensignatur finden, die die Existenz des Gottesteilchens endlich belegt. Wie die Häute einer Zwiebel liegen die einzelnen Messschichten oder Subdetektoren konzentrisch um den Kollisionspunkt herum, den Punkt, an dem zwei durch den LHC extrem beschleunigte Protonen oder Ionen aufeinander prallen werden. Die Spuren dieser Kollision werden insgesamt von rund 140 Millionen Auslesezellen im Detektor registriert.

Schematischer Aufbau des ATLAS-Detektors © CERN

„Trigger“ dezimiert Datenschwemme

Jeder Subdetektor hat seine spezifische Funktion – beispielsweise als Spurendetektor, Kalorimeter oder Myonspektrometer. Erst die Kombination ihrer Messdaten ermöglicht es den Physikern die in der Kollision entstehenden Teilchenarten zu bestimmen und zu analysieren. Doch das ist alles andere als einfach. Denn im LHC kreuzen sich 40 Millionen mal pro Sekunde zwei Schübe von jeweils 100 Milliarden Protonen. In jeder Sekunde ereignen sich daher gut eine Milliarde Kollisionen – ein Higgs-Teilchen, wenn es überhaupt entsteht, erwarten die Physiker jedoch maximal einmal pro Minute.

Wie aber lässt sich das entscheidende Signal aus dieser gewaltigen Menge herausfinden? Einen ersten Schritt erledigt bereits das „Trigger-System“ des Detektors. Sein dreistufiges Filtersystem identifiziert erfolgversprechende Kollisionen und ignoriert die anderen. Damit reduziert sich die Datenmenge immerhin von einer Million Gigabyte pro Sekunde auf „nur“ noch hundert Ereignisse pro Sekunde. Den Rest müssen die von den ATLAS-Physikern entwickelten Analyseprogramme leisten. Sie basieren auf Simulationen, die zeigen, wie das charakteristische Higgs-Muster aussehen könnte.

Der ATLAS-Detektor im Juli 2007 © CERN

Higgs-Fund in den nächsten zehn Jahren?

„Mit ATLAS werden wir das Higgs-Phantom endlich finden“, erklärt Markus Schumacher, Professor für experimentelle Teilchenphysik an der Universität Siegen und seit zwölf Jahren „Higgs-Sucher“. Er koordiniert eine 200 Kopf starke, internationale Arbeitsgruppe am ATLAS-Experiment, die für die Suche nach genau diesem Teilchen verantwortlich ist. Und die Zuversicht des Wissenschaftlers könnte durchaus berechtigt sein. Denn weltweit sind sich die meisten Teilchenphysiker einig, dass ATLAS und das Experiment CMS zusammen das Higgs-Teilchen innerhalb des nächsten Jahrzehnts eigentlich finden müssten – wenn es das Gottesteilchen tatsächlich gibt.

Was aber wenn nicht? „Dann fängt es erst recht richtig an“, beantwortet Rolf-Dieter Heuer, Forschungsdirektor am Deutschen Elektronen Synchrotron DESY diese Frage in einem Interview der Wochenzeitung Die Zeit. „Manche der Theoretiker, deren mathematischen Modelle darauf beruhen, dass es das Higgs-Teilchen gibt, bekommen langsam kalte Füße. Sie beginnen, sich Alternativtheorien auszudenken, ohne Higgs.“ Noch aber herrschen in der Higgs-Gemeinde gespannte Erwartung und Optimismus vor – ob berechtigt oder nicht, wird sich zeigen.

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ATLAS in Zahlen

  • Abmessungen: Höhe 25 Meter, Länge 46 Meter
  • Gewicht: 7.000 Tonnen
  • Form: Zylinder mit Endkappen
  • Lage: rund 100 Meter tief, nahe dem Ort Meyrin in der Schweiz
  • Beteiligt am Experiment sind rund 2.200 Wissenschaftler von 170 Institutionen aus 37 Ländern
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    Stand: 05.09.2008

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

LHC: Ein Riese erwacht
Startschuss für den größten Teilchenbeschleuniger der Welt

Fakten und Rekorde
Das Wichtigste zum LHC in Kürze

Ein Teilchenbeschleuniger als Superstar
Was macht den LHC Besonders?

Protonen im Schleudergang
Wie funktioniert der LHC?

Gottesteilchen und Dunkle Materie
Wozu das LHC?

Urknall, Antimaterie und Extradimensionen
Weitere Grundfragen für das LHC

Ring frei für den Weltuntergang?
Der LHC und die Sicherheit

ATLAS: das „Gottesteilchen-Experiment“
Der Detektor für das Higgs-Boson

CMS: Riesenmagnet auf Myonsuche
Myonen als Indizien für das Higgs-Boson

ALICE: zurück zum Urknall
Blick ins Quark-Gluon-Plasma

LHCb: Die Schönheit der Antimaterie
Dem „beauty“-Quark auf der Spur

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