CERN’ed: Alle Teilchen Lieben ATLAS’ Suchmethode

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Atlas ist in der Topologie, einem Teilbereich der Mathematik, eine Familie kompatibler Karten einer Mannigfaltigkeit. Das ist zwar so, soll uns hier aber nicht weiter interessieren. Atlas ist auch eine Figur der griechischen Mythologie, genauer gesagt ein Titan, was wiederum auch noch ein Metall ist. Der mythologische Atlas hat sich mit Göttervater Zeus angelegt und gegen ihn gekämpft – keine gute Idee, wie man sich denken kann. Also wurde Atlas dazu verdonnert1 den Himmel auf seinen Schultern zu tragen. Ein zwar beeindruckender, aber sicherlich nicht sonderlich spannender Job.

An dieser Stelle fragt sich der geneigte Leser: Na und? Ist das jetzt hier das mythologieBlog? Nein. ATLAS ist auch der Name eines der vier Experimente, die bald am LHC ihren Betrieb aufnehmen werden. Und der Name ist natürlich kein Zufall. Zwar hat man zu Beginn tatsächlich ATLAS als Akronym gebraucht, aber A Toroidal LHC AparatuS war dann selbst Hardcore-Akronym-geschädigten Physikern zu viel des Guten. Also ist es jetzt einfach ein Eigenname. Einer, der nicht unbedingt von falscher Bescheidenheit zeugt.

Denn wer so ein Ding wie den ATLAS-Detektor baut, der hat gar keinen Grund zur Bescheidenheit. Vielleicht zunächst einmal die nackten Zahlen: Das Gewicht entspricht mit 7000 Tonnen dem von einhundert Boeing 747-Flugzeugen. Der Detektor hat in etwa die Form eines liegenden Fasses mit einer Länge von 46m und einem Durchmesser von 25m – sein Volumen entspricht damit der halben Kathedrale Notre Dame de Paris. Er enthält über 3000 km Kabel2, davon sind 122 km supraleitend, also so weit runtergekühlt, dass der Strom widerstandsfrei transportiert wird. Wer jetzt noch nicht beeindruckt ist oder so sehr, dass er noch viel mehr wissen will, findet sehr viel facts and trivia in den ATLAS fact-sheets.
Überhaupt ist die Öffentlichkeitsarbeit des ATLAS sehr löblich und umfangreich. Da lohnt es sich mal reinzuschauen. Auch die Unmenge von sehr guten youtube-Videos zeugt davon.

Nachdem ich jetzt schon so ins Schwärmen gekommen bin, doch nochmal zum Anfang: Wie funktioniert so ein Teilchendetektor überhaupt? Und was soll er messen?

Im Inneren eines modernen Teilchendetektors kollidieren die Partikel, die vom Beschleuniger (beim ATLAS ist das der LHC) fast auf Lichtgeschwindigkeit gebracht wurden, mit ungeheuren Energien. Dabei entstehen eine Unmenge neuer Teilchen, die vom Detektor erkannt und bestimmt werden sollen. Dazu werden moderne Detektoren immer in einem Zwiebelschalenprinzip aufgebaut: Das Teilchen durchfliegt auf seinem Weg nach außen viele verschiedene Lagen, in denen jeweils unterschiedliche Messungen stattfinden. Ist das Teilchen dann draußen, weiß man hoffentlich alles darüber, was man wissen kann: Teilchensorte, Flugrichtung, Impuls, Energie, Masse, Lieblings-Kätzchen. Die Datenmengen, die dabei entstehen und ausgewertet werden müssen, hat Andi ja bereits schön beschrieben.

Wenn man die Daten des ATLAS auswertet, erhofft man sich Hinweise auf das Higgs-Boson oder auf eine innere Struktur der Elementarteilchen. Vielleicht sogar auf SUSY. Das ist nicht etwa eine verschollene Ehefrau eines Physikers, sondern ein weiteres Akronym und steht für Supersymmetrie. Aber keine Angst, SUSY werdet ihr hier in der CERN’ed-Reihe auch noch kennenlernen. Vielleicht sogar mit Telefonnummer.

Dass das ATLAS-Experiment aber neben den vielen beeindruckenden Fakten und schönen Geschichten vor allem harte Arbeit bedeutet, sieht man an der Homepage des ATLAS-Experiments für die Physiker: Ein übervoller Terminkalender deutet an, welcher Aufwand es ist, die Arbeit der 2500 Physiker aus 37 Ländern, die mitarbeiten, zu koordinieren. So ist die ATLAS-Kollaboration, so wie die anderen Kollaborationen des LHC, nicht nur technisch herausragend, sondern auch wegweisend, wenn es um neue Organisationsstrukturen geht. Denn so etwas wie einen Boss, der alles kontrolliert, gibt es nicht.

Über die technischen Details und Finessen, die sich die Erbauer des ATLAS ausgedacht haben, ließe sich sicherlich noch ein Artikel füllen. Ich mache jetzt Schluss. Es kommen ja auch noch ein paar andere Detektoren – alles hier, kostenlos, nur für euch, und alles schon in den nächsten Tagen.

  1. obwohl von Zeus und nicht von Thor []
  2. das reicht von Aachen bis Teneriffa (für die Sonnenanbeter) oder bis Georgien (für die politisch Interessierten) []
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