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aifhifhewuilfhalwuifhalew
Gast





Beitrag aifhifhewuilfhalwuifhalew Verfasst am: 22. Aug 2018 22:05    Titel: Teilchendetektoren Form Antworten mit Zitat

Hallo,

Warum sind große Teilchendetektoren, wie z.B. ATLAS und CMS am CERN, zylinderförmig und nicht kugelsymmetrisch?
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8064

Beitrag jh8979 Verfasst am: 22. Aug 2018 22:07    Titel: Antworten mit Zitat

Weil das einfacher zu bauen ist.
Erichn



Anmeldungsdatum: 26.07.2018
Beiträge: 2

Beitrag Erichn Verfasst am: 24. Aug 2018 00:43    Titel: Antworten mit Zitat

Um mal eine Gleichung auszuprobieren:

Einfacher = Günstiger

Unter dem Strich ist daẞ das entscheidende Argument.
as_string
Moderator


Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5216
Wohnort: Heidelberg

Beitrag as_string Verfasst am: 24. Aug 2018 09:40    Titel: Antworten mit Zitat

Ich denke, das ist nicht der einzige Grund. Es hängt auch damit zusammen, an was man interessiert ist.
Teilchen die einen "hohen Transversalimpuls" haben (die also eher mehr oder weniger senkrecht zum Strahlrohr weg fliegen), haben bei Kollisionsexperimenten, bei denen gleichschwere Teilchen mit gleicher Energie "head-on-head" kollidieren, andere Eigenschaften, als die Teilchen, die unter flachem Winkel weg fliegen, bzw. man trifft da typischerweise die schwereren Teilchen an, weil von der kinetischen Energie mehr in die Masse der produzierten Teilchen umgesetzt wurde und dann weniger kinetische Energie entlang des Strahlrohrs vorhanden war. Normalerweise interessiert man sich häufig für diese Teilchen, weil die noch nicht so gut erforscht sind.
Umgekehrt können die Teilchen, die eng am Strahlrohr nach der Kollision fliegen, aus anderen Gründen auch interessant sein. Ich habe meine Diplomarbeit damals z. B. am LHCb-Experiment gemacht und da es dort um B-Physik geht (Mesonen mit einem bottom-Quark mit drin), die spezielle, sehr interessante Eigenschaften haben, aber im Verhältnis zu der Energie der LHC-Kollisionen relativ "leicht" sind, und deshalb interessierende Teilchen häufig sehr eng am Strahlrohr fliegen, hat der Detektor einen völlig anderen Aufbau. Da ist es sogar so, dass auf die eine Hälfte quasi verzichtet wurde und nur ein Arm, der aber dafür groß und sehr eng am Strahlrohr, gebaut wurde.
Da Atlas und CMS eher Allround-Detektoren sind, als z. B. der LHCb-Detektor, vereinen die beides.

Ich meine, es gibt zu dem Thema, warum welcher Detektor wie gebaut wurde, einige interessante Texte im Internet. Ich war damals beim LHCb wirklich begeistert, als ich gelernt habe, wie gut durchdacht die ganzen unglaublich vielen Details waren. Da hat alles einen guten Grund oder sogar mehrere. Schau doch mal auf den Webseiten zum Atlas-Experiment, die haben sicherlich auch einiges zu den Design-Entscheidungen ihres Detektors. Das ist wirklich sehr interessant und hat mich wirklich unglaublich beeindruckt damals (beim LHCb-Detektor allerdings).

Gruß
Marco
as_string
Moderator


Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5216
Wohnort: Heidelberg

Beitrag as_string Verfasst am: 24. Aug 2018 09:51    Titel: Antworten mit Zitat

Achso, hätte ich fast vergessen: Was natürlich auch eine Rolle spielt ist das Magnetfeld. Man versucht ja ein möglichst homogenes (oder zumindest klar definiertes) Magnetfeld im Detektor zu haben, damit die Teilchen entsprechend ihres Impulses eine mehr oder weniger gekrümmte Bahn fliegen. Mithilfe dieser Bahn misst man deren Impuls. Das geht aber auch wieder nur, wenn die Teilchen senkrecht zu den Feldlinien fliegen (bzw. einen Impuls-Anteil in senkrechter Richtung haben) und in der entsprechenden Richtung müssen dann auch die Detektoren passend aufgestellt sein, um die Krümmung der Kurve richtig zu messen.
Da bringt dich ein Kugelform weniger weit. Das Problem ist dann ja gar nicht mehr kugelsymmetrisch (das ist es schon wegen der vorgegebenen Strahlrichtung nicht, was ich vorhin hervorheben wollte.)
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8064

Beitrag jh8979 Verfasst am: 24. Aug 2018 20:18    Titel: Antworten mit Zitat

Erichn hat Folgendes geschrieben:
Um mal eine Gleichung auszuprobieren:
Einfacher = Günstiger
Unter dem Strich ist daẞ das entscheidende Argument.

Das ist sicher nicht das entscheidende Argument, sondern nur eines unter vielen. Hauptsächlich gibt es einfach keinen guten physikalischen Grund, wieso es sich lohnt (in einem Ringbeschleuniger) einen kugelförmigen Detektor zu bauen. Insbesondere in Hadronbeschleunigern, in denen der Longitudinalimpuls der kollidierenden Teilchen nicht bekannt ist, ist die axiale Symmetrie wie schon von Marco erwähnt ein weiteres gutes Argument für einen zylinderförmigen Aufbau.

In anderen Experimenten kann es durchaus ein Vorteil sein, einen sphärischen Detektor zu bauen, siehe z.B. hier:
https://news-g.org/basics-of-spherical-detectors/
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