Teilchendetektoren Form

aifhifhewuilfhalwuifhalew · Gast

Hallo,

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

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Weil das einfacher zu bauen ist.

Erichn · Anmeldungsdatum: 26.07.2018 Beiträge: 2

Um mal eine Gleichung auszuprobieren:

Einfacher = Günstiger

Unter dem Strich ist daẞ das entscheidende Argument.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5785 Wohnort: Heidelberg

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: 5785 Wohnort: Heidelberg

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: 8576