Transcript Präsentation zum ATLAS-Detektor

Sehr geehrte Lehrkräfte,
diese Präsentation bietet einführende Erklärungen und Grafiken rund um den
ATLAS-Detektor am CERN.
Einige Folien sind animiert, um schrittweise Erklärungen zu ermöglichen. Bitte
beachten Sie auch die Notizen zu den einzelnen Folien; diese sind in PowerPoint
in der Notizenansicht oder in der Normalansicht unten rechts sichtbar. Die
Notizen enthalten Erklärungen zu den Grafiken, Anregungen für Aktivitäten und
Verweise zu weiterführenden Informationen.
Viel Spaß wünscht
das Teilchenwelt-Team
1
Inhalt
CERN und LHC
4-6
Nachweis von Elementarteilchen
7
Der Aufbau des ATLAS-Detektors
8-9
Wechselwirkungen in Detektoren
10
Teilchenspuren im ATLAS-Detektor
11-13
Signalerzeugung
14
2
Der ATLAS-Detektor
3
Das CERN
(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)
Das größte Teilchenphysik-Forschungszentrum der Welt
im Grenzgebiet zwischen der Schweiz und Frankreich
4
Der LHC (Large Hadron Collider)
Ein 27 km langer, ringförmiger Teilchenbeschleuniger
4 Teilchen-Detektoren: ATLAS, ALICE, CMS und LHC-b
5
Was geschieht im LHC?
• Protonen kreisen in entgegengesetzten Richtungen
mit einer Energie von je 4 Tera-Elektronenvolt (TeV).
• Wenn die Protonen zusammenstoßen, entstehen neue
Teilchen, die man in Detektoren nachweist.
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Wie weist man Elementarteilchen nach?
Bildgebende Detektoren
Elektronische Detektoren
z.B.: Nebelkammer, Blasenkammer
z.B: ATLAS-Detektor, Geigerzähler
 sichtbare Teilchenspuren
 Teilchen erzeugen
elektrische Signale
 Eigenschaften der Teilchen
werden daraus rekonstruiert
7
Der ATLAS-Detektor
22 m
45 m
8
Der ATLAS-Detektor
Spurdetektoren
Hadronisches Kalorimeter
… messen die Spuren
und Impulse von
geladenen Teilchen
… befinden sich in einem
Magnetfeld
… misst die Energie von Hadronen
(= aus Quarks bestehende Teilchen)
Myonenkammern
Elektromagnetisches Kalorimeter
… misst die Energie von Elektronen,
Positronen und Photonen
… messen die Spuren
und Impulse von Myonen
… befinden sich in einem
Magnetfeld
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Wechselwirkungen in Detektoren
•
•
Energiereiche Teilchen wechselwirken mit dem Detektormaterial, wobei
Sekundärteilchen entstehen.
Dabei kann folgendes geschehen – je nach Teilchensorte und Material:
Ionisation
Erzeugung von
Photonen
Teilchenschauer
 Elektromagnetische Schauer
(Elektronen, Positronen,
Photonen)
 Schauer von Hadronen
(Protonen, Neutronen usw.)
10
Teilchenspuren im ATLAS-Detektor
•
•
Der ATLAS-Detektor besteht aus mehreren Schichten.
Verschiedene Teilchensorten wechselwirken in jeder Schicht
jeweils anders.
Sie hinterlassen also verschiedene Signalmuster (Teilchenspuren):
So kann man Teilchensorten voneinander unterscheiden.
Animation
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Teilchenspuren im ATLAS-Detektor
Spurdetektoren
HalbleiterDetektor
ÜbergangsstrahlungsDetektor
Elektromagnet.
Kalorimeter
Hadron.
Kalorimeter
Myonenkammern
Elektron
El. geladenes Hadron
Myon
Photon
El. neutrales Hadron
Neutrino
Teilchenspur
(durch Ionisation oder
Erzeugung von Photonen)
Teilchen hinterlässt
keine Signale
Energieabgabe
(Teilchenschauer)
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Darstellung von Teilchenspuren
• So stellt eine vom CERN entwickelte Software
Teilchenspuren im ATLAS-Detektor dar:
Spurdetektoren
elektromagnetisches
Kalorimeter
hadronisches
Kalorimeter
Myonenkammern
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Signalerzeugung
•
•
•
Wenn energiereiche Teilchen im Detektor wechselwirken,
entstehen Sekundärteilchen.
Diese erzeugen elektrische Signale, aus denen Forscher
Eigenschaften der ursprünglichen Teilchen bestimmen.
Die Signale können durch zwei Prozesse entstehen:
Ionisation
Die Sekundärteilchen setzen
Elektronen frei. Diese werden
abgeleitet. Die Stromstärke oder
Ladung wird gemessen.
Szintillation
Photonen werden freigesetzt und
weitergeleitet. Ihre Intensität wird
gemessen und in elektrische Impulse
umgewandelt.
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Impressum
Autoren: Manuela Kuhar, Fabian Kuger
Kontakt: [email protected]
Bildnachweise:
• CERN: 2, 4-7
• ATLAS collaboration: Folien 7-11, 13
• Netzwerk Teilchenwelt: Folie 12
http://www.teilchenwelt.de/service/impressum
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