Mit dem HL-LHC lässt sich die Anzahl der Kollisionen pro Zeit und Fläche (die so genannte Luminosität) wesentlich steigern. Daraus resultiert eine sechsmal größere Datenmenge als bisher verfügbar. Um diesen Datenansturm zu bewältigen, wird auch ATLAS als größtes Experiment am LHC von Grund auf modernisiert.
„Der HL-LHC wird die Teilchenphysik in den kommenden Jahrzehnten prägen. Die Vorbereitung darauf gehört zu den ehrgeizigsten wissenschaftlichen Vorhaben, die unsere Forschungsbündnis je in Angriff genommen hat“, sagt ATLAS-Sprecher Stéphane Willocq. „Um unter den neuen, extremen Bedingungen Daten aufzuzeichnen, haben wir die Kernsysteme des ATLAS-Experiments neu konzipiert. Dies versetzt uns in die Lage, neues Wissen zu schaffen, die Grenzen unserer aktuellen Theorien auszuloten und entsprechend Antworten auf offene Fragen zu finden.“
Max-Planck-Institut für Physik von “der ersten Stunde” dabei
Das ATLAS-Experiment wird von einer globalen Zusammenarbeit aus 6.000 Mitgliedern von Instituten aus aller Welt betrieben, an der mehr als 1.600 Master- und Promotionsstudierende beteiligt sind. Das Max-Planck-Institut für Physik war ein Institut „der ersten Stunde“, seine Wissenschaftlerinnen an der Entwicklung von zentralen ATLAS-Komponenten beteiligt, insbesondere für das technische Design und Konstruktion
- des Myonsystems, das die Spuren von Myonen aufzeichnet,
- des hadronischen Endkappenkalorimeters: Es misst die Energie aller Teilchen (darunter Neutronen, Pionen und Protonen), die einen Schauer in seinen dicken Kupferplatten ausbilden,
- des innersten Spurdetektors, der Richtung, Ladung und Impuls neu entstandener geladene Teilchen misst.
- Zudem engagiert sich das MPP beim Aufbau und Betrieb von elektronischen Systemen zur Datenanalyse.
Darüber hinaus spielt das Institut eine wichtige Rolle bei der Analyse von Kollisionsdaten, insbesondere bei der Charakterisierung des Higgs-Bosons und seiner Wechselwirkungen mit anderen Elementarteilchen. Es leistet wesentliche Beiträge zur Top-Quark-Physik sowie ganz allgemein zu Präzisionsmessungen von Elementarteilchen und ihren grundlegenden Wechselwirkungen, wie beispielsweise der elektroschwachen und der starken Kraft. Das MPP beteiligt sich außerdem bei der Suche nach neuen Teilchen und Phänomenen, einschließlich möglicher Kandidaten für Dunkle Materie.
Millionstel Sekunden Entscheidungen
„Der Erfolg von ATLAS beruht auf einer lebendigen internationalen Zusammenarbeit, sagt MPP-Direktor Marumi Kado. „Wir sind stolz auf die entscheidenden Beiträge, die unser Team zum wissenschaftlichen Programm von ATLAS geleistet hat. Unsere Forschenden haben die letzten Jahre intensiv daran gearbeitet alle diese Systeme für die Anforderungen des HL-LHC fit zu machen“.
Dazu zählt eine neue und strahlenhärtere Elektronik für das Kalorimeter und das Myonsystem. Daneben wurden neue Detektoren und Komponenten entwickelt: Der innere Spurtracker ist jetzt mit neuen, sehr kleinen Pixelmodulen versehen, die eine bessere Unterscheidung von Signal und Hintergrund erlauben. Das MPP hat zudem eine Schlüsselrolle bei Entwicklung und Bau neuer Myonkammern gespielt. Diese sMDTs werden mit einer neuen Generation von Triggerkammern verbunden. Beide können wesentlich höhere Teilchenzählraten verarbeiten und weisen eine zehnfach längere Lebensdauer auf als frühere Versionen.
Außerdem hat das MPP das Konzept für die neuen Myon-Triggerprozessoren entwickelt und baut nun die dazugehörigen elektronischen Auslese- und Verarbeitungsplatinen. Diese ermöglichen eine deutlich schnellere und präzisere Vorauswahl der interessanten Kollisionen bereits in der ersten Stufe des Triggersystems. Hier entscheidet sich innerhalb von Millionstel Sekunden, welche Ereignisse überhaupt weiterverarbeitet werden.
Der Umbau von ATLAS für den HL-LHC gehört zu den komplexesten technischen Arbeiten in der Geschichte des CERN. An den ATLAS-Instituten auf der ganzen Welt haben Wissenschaftlerinnen die nächste Generation von Detektortechnologien entworfen, gebaut und getestet, die nun zur Installation zum CERN transportiert werden.