Das ATLAS-Myonsystem
Myonen sind eine den Elektronen verwandte Teilchenart. Sie entstehen aus den Zerfällen von Teilchen, die bei der Kollision von Protonen im Zentrum des ATLAS-Detektors erzeugt werden. Die Signale der Myonen liefern Rückschlüsse, welche Teilchen aus dem Zusammenprall der Protonen hervorgegangen sind.
Dafür nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Myonspektrometer. Es ist der äußerste Teil des ATLAS-Detektors und misst mit hoher Genauigkeit die Energie und Richtung der Myonen. Die Teilchen werden dazu in einem starken Magnetfeld abgelenkt, das von riesigen, supraleitenden Magnetspulen erzeugt wird. Durch die genaue Auswertung unter anderem der Myonspuren ist es den Wissenschaftlerinnen und den Wissenschaftlern gelungen, das lang gesuchte Higgs Boson zu entdecken.
Um die Myonspuren zu vermessen, verwenden die Physiker so genannte Myon-Driftrohr-Kammern (MDT). Diese bestehen aus mehreren Lagen von Driftrohren, die mit einem Gasgemisch aus Argon und Kohlendioxid gefüllt sind. Durch Reaktionen mit den Argon-Atomen hinterlassen die Myonen in den Driftrohren Spuren. Mittels einer zwischen Rohrwand und einem zentralen Zähldraht anliegenden Hochspannung von etwa 3.000 Volt werden diese Spuren in elektronische Signale umgewandelt und registriert.
Das Myonspektrometer ist auch für die enorme Größe des ATLAS-Detektors verantwortlich: Mit rund 1.150 MDT-Kammern und mehr als 350.000 Driftrohren misst es die Durchtrittsorte der Myonen über eine Gesamtfläche von der Größe eines Fußballfelds – auf wenige Hundertstel Millimeter genau. Die Kammern wurden im Institut entwickelt und zu einem großen Teil dort konstruiert. Alle Kammern wurden in den Jahren 2005 und 2006 in der ATLAS-Kaverne installiert.
Myonkammern für die Zukunft
Die Entdeckung des Higgs-Bosons war ein großer Schritt für die Teilchenphysik. Allerdings wollen die Physiker am ATLAS-Experiment den Teilchenkollisionen weitere, spannende Erkenntnisse entlocken. Dafür brauchen sie mehr Daten, also auch mehr Zusammenstöße von Protonen.
In den kommenden Jahren wird der LHC daher nachgerüstet. Am modernisierten High Luminosity (HL)-LHC werden in kürzerer Zeit deutlich mehr Protonenpakete als bisher beschleunigt und zur Kollision gebracht. Wegen der höheren Bestrahlung müssen auch die Komponenten des ALTAS-Detektors aufgerüstet werden. Dafür entwickelt das MPP derzeit ein neues, verbessertes Design der Myonkammern sowie neue elekronische Bauteile.
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Varuzhan Danielyan, Yerevan
Dr. Sebastian Nowak, Wien
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Schlüsselpublikationen
F. Bauer, W. Blum, U. Bratzler, H. Dietl, S. Kotov, H. Kroha, Th. Lagouri, A. Manz, A. Ostapchuk, R. Richter, S. Schael, S. Chouridou, M. Deile, O. Kortner, A. Staude, R. Stroehmer, T. Trefzger
Construction and Test of the Precision Drift Chambers for the ATLAS Muon Spectrometer
MPI-PhE/2000-29, October 2000, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 48, No. 3 (2001) 302
arXiv:1604.02259
DOI: 10.1109/23.940070
M. Deile, J. Dubbert, S. Horvat, O. Kortner, H. Kroha, A. Manz, S. Mohrdieck-Moeck,
F. Rauscher, R. Richter, A. Staude, W. Stiller
Resolution and Efficiency of the ATLAS Muon Drift-Tube Chambers at High Background Rates,
MPP-2004-042, April 2004
Nuclear Instruments and Methods A 535 (2004) 212
arXiv:1603.09572
DOI: 10.1016/j.nima.2004.07.193
B. Bittner, J. Dubbert, O. Kortner, H. Kroha, F. Legger, R. Richter,
O. Biebel, A. Engl, R. Hertenberger, F. Rauscher,
Development of Muon Drift-Tube Detectors for High-Luminosity Upgrades of the Large Hadron Collider,
MPP-2009-321, June 2009,
Nuclear Instruments and Methods A 617 (2010) 169
arXiv:1603.09504
DOI: 10.1016/j.nima.2009.06.086
H. Kroha, B. Bittner, J. Dubbert, O. Kortner, A. Manfredini, S. Ott, R. Richter, P. Schwegler, D. Zanzi,
O. Biebel, A. Engl, R. Hertenberger, A. Zibell
Construction and Test of a Full Prototype Drift-Tube Chamber for the Upgrade of the ATLAS Muon Spectrometer at High LHC Luminosities
MPP-2012-161, August 2012
Nuclear Instruments and Methods A 718 (2013) 427.
P. Schwegler, O. Kortner, H. Kroha, R. Richter
Improvement of the L1 Trigger for the ATLAS Muon Spectrometer at High Luminosity
MPP-2012-161, August 2012
Nuclear Instruments and Methods A 718 (2013) 245.
C. Ferretti, H. Kroha,
Upgrades of the ATLAS Muon Spectrometer With sMDT Chambers
MPI report, MPP-2015-136, June 2015
Nuclear Instruments and Methods A 824 (2016) 538
arXiv:1603.09544
Schlüsselpublikationen
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F. Rauscher, R. Richter, A. Staude, W. Stiller
Resolution and Efficiency of the ATLAS Muon Drift-Tube Chambers at High Background Rates,
MPP-2004-042, April 2004
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B. Bittner, J. Dubbert, O. Kortner, H. Kroha, F. Legger, R. Richter,
O. Biebel, A. Engl, R. Hertenberger, F. Rauscher,
Development of Muon Drift-Tube Detectors for High-Luminosity Upgrades of the Large Hadron Collider,
MPP-2009-321, June 2009,
Nuclear Instruments and Methods A 617 (2010) 169
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H. Kroha, B. Bittner, J. Dubbert, O. Kortner, A. Manfredini, S. Ott, R. Richter, P. Schwegler, D. Zanzi,
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Upgrades of the ATLAS Muon Spectrometer With sMDT Chambers
MPI report, MPP-2015-136, June 2015
Nuclear Instruments and Methods A 824 (2016) 538
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