Der Micro-Vertex-Detektor
Jäger der zerfallenen Teilchen
Viele Teilchen, die in einer Teilchenkollision erzeugt werden, zerfallen schon nach weniger als 1cm Flugweg. Sie erreichen die Detektoren deshalb nicht.
Man rekonstruiert sie mittels Energie- und Impulserhaltung aus den Tochterteilchen. Allerdings ist es schwer, die Tochterteilchen (z.B. des türkisen Teilchens) von ähnlichen Teilchen zu unterscheiden, die direkt erzeugt wurden. Um die echten Tochterteilchen zu finden, verfolgt man den gemessenen Flugweg zurück und versucht den Zerfallsort (secondary Vertex) vom Entstehungsort der primären Teilchen (primary Vertex) zu trennen. Dazu braucht man einen Detektor, der Teilchenbahnen besonders präzise vermessen kann, einen Vertexdetektor.
MIMOSIS im Fadenkreuz
Was geschieht eigentlich, wenn der Ionenstrahl des Teilchenbeschleunigers versehentlich die Sensoren trifft? Ionenkanonen sinds mehr als Science-Fiction: Ohne Schutzmaßnahmen würde ein Detektor in wenigen Augenblicken zerstört werden. Test gefällig?
Wenige Stunden nach dieser Aufnahme schoss der SIS18 Teilchebeschleunigereine Milliarde Xe-Ionen pro Sekunde ins Laser-Fadenkreuz. Der Sensor, hier von einer transparenten Dosimetriefolie verdeckt, überstand das Bombardement.
Moderne CMOS-Sensoren nehmen mit 500.000 Pixeln bis zu 200.000 Bilder pro Sekunde auf, genug um 20 DVDs pro Sekunde mit Daten zu füllen. Da diese Datenmenge nicht übertragen werden kann, werden die Bilder auf dem Chip selbst von einem integrierten Computer nach Teilchensignaturen durchsucht und die Datenrate auf maximal 300MB/s reduziert.
Während für diese Aufgabe noch vor wenigen Jahren einen Keller voller Spezialelektronik eingesetzt wurde, reichen heute die integrierten Schaltkreise des 5cm² großen Chips und ein Handy-Akku Strom pro Tag.
Die Krümmung des Chips ist keine optische Täuschung. Damit die Teilchen nicht abgelenkt werden, ist er 50µm dünn, wie ein Haar und flexibel.
Ein einzelner Sensor ist noch lange kein Detektor. Die Sensoren müssen mit Drähten – dünner als ein Haar – an eine spezielle Elektronik angeschlossen werden. Auf dem Bild erkennt man einen Detektorprototyp, der aus 9 Sensoren aufgebaut ist. Die Sensoren werden mit TPG gekühlt, einem speziellen Material, dass besser Wärme leitet als Kupfer. Die gelben Flachbandkabel im Vordergrund enthalten etwa 100 Drähte und sind dünn und biegbar wie eine Buchseite.
Video
LEGO ist nur zum Spielen da? Mitnichten! Man kann damit auch Detektoren bauen.
Beteiligte Universitäten
