Tim Pritlove: Hallo und herzlich Willkommen zu Raumzeit, dem Podcast über Raumfahrt und andere.
Tim Pritlove: Kosmische Angelegenheiten.
Tim Pritlove: Mein Name ist Tim Frithloff und ich begrüße alle hier zu Nummer 114 von Raumzeit.
Tim Pritlove: Und ja, wie ihr schon gemerkt haben dürftet, gibt es ja hier eine ganze Serie
Tim Pritlove: von Podcasts hier am CERN in Genf, wo wir mal aufschlüsseln wollen,
Tim Pritlove: was denn hier eigentlich alles so installiert ist, warum und wie es funktioniert.
Tim Pritlove: Und nachdem wir jetzt schon ein wenig über die Geschichte des CERNs gelernt
Tim Pritlove: haben und auch so die Grundlagen der ganzen Physik,
Tim Pritlove: die hier erforscht wird,
Tim Pritlove: angerissen haben, uns auch schon den ersten Detektor angeschaut haben mit ALICE,
Tim Pritlove: wollen wir heute mal so ein bisschen auf den Kern der Kernforschung hier kommen
Tim Pritlove: und uns in einer Reihe von zwei Sendungen die Hauptdetektoren des LHC,
Tim Pritlove: des Large Hadron Collider, anschauen, mit denen so der Großteil der Experimente durchgeführt wird.
Tim Pritlove: Und fangen wir an mit dem CMS-Detektor, dem Compact Muon Solenoid, Toller Name, Detektor.
Tim Pritlove: Ja und um darüber Auskunft zu erhalten, begrüße ich meinen Gesprächspartner,
Tim Pritlove: nämlich Wolfgang Adam. Hallo Wolfgang.
Wolfgang Adam: Hallo.
Tim Pritlove: Herzlich willkommen bei Raumzeit. Du bist Senior Research Associate für CMS
Tim Pritlove: Analyse und CMS Tracking und stellvertretender Sprecher.
Wolfgang Adam: Genau, ich arbeite für das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen
Wolfgang Adam: Akademie der Wissenschaften in Wien und habe eben gleichzeitig auch Funktionen
Wolfgang Adam: in der Kollaboration, die das CMS-Experiment betreibt.
Tim Pritlove: Ja und wie bist du dazu gekommen mit der ganzen Wissenschaft?
Tim Pritlove: War das irgendwie schon ein Kindheitstraum?
Wolfgang Adam: Naja ich hatte mich früher für Mathematik,
Wolfgang Adam: Technik, Physik interessiert und habe dann ein Studium der Physik an der Technischen
Wolfgang Adam: Universität in Wien begonnen und als es Richtung Diplom ging,
Wolfgang Adam: hatten wir einen Professor für Theoretische Physik,
Wolfgang Adam: der gleichzeitig zu dieser Zeit Präsident des CERN Councils war,
Wolfgang Adam: das heißt der Vertretung an der CERN-Mitgliedsstaaten, die die strategische
Wolfgang Adam: Ausrichtung des CERN sozusagen definieren.
Wolfgang Adam: Und er hat uns eben diese Art von Physik näher gebracht und von den Herausforderungen
Wolfgang Adam: gesprochen, die es hier gibt.
Wolfgang Adam: Und das hat mich natürlich interessiert habe mich dann für meine Diplomarbeit
Wolfgang Adam: beworben beim Institut für Hochenergiephysik,
Wolfgang Adam: das eben das Institut in Wien ist, das sich mit dieser experimentellen Hochenergiephysik
Wolfgang Adam: beschäftigt und bin dort eingestiegen in die Vorbereitung des Delphi-Experiments.
Wolfgang Adam: Das war der Beschleuniger, der hier im Tunnel vor dem LHC gelaufen ist,
Wolfgang Adam: LEP, Large Electron Positive Collider, und wir haben da eine Detektor-Komponente
Wolfgang Adam: in Wien gebaut und ich habe mich dann angefangen damit zu beschäftigen und bin
Wolfgang Adam: dann zum CERN gekommen um die Installation und den Betrieb und die Auslese dieses
Wolfgang Adam: Detektors zu übernehmen.
Wolfgang Adam: Das war ab dem Ende der 80er Jahre,
Wolfgang Adam: also LEP ist während der 90er Jahre gelaufen, Also die beginnen 1989.
Tim Pritlove: Das heißt du bist jetzt hier seit 30 Jahren oder länger noch?
Wolfgang Adam: Ja. Ja.
Tim Pritlove: Okay.
Wolfgang Adam: Und ich habe dann am CERN ein Fellowship gemacht, im selben Experiment,
Wolfgang Adam: aber in einem anderen Detektor, dem Cherenkov Detektor.
Wolfgang Adam: Das ist etwas, was wir hier CMS nicht finden,
Wolfgang Adam: aber das ist ein Detektor, mit dem man Geschwindigkeit geladener Teilchen
Wolfgang Adam: messen kann und sie damit identifizieren kann und habe
Wolfgang Adam: dann verschiedene Physikgruppen in Delphi übernommen und dann gegen Ende der
Wolfgang Adam: Lablaufzeit auch eine gemeinsame Arbeitsgruppe der vier Lab-Experimente für
Wolfgang Adam: Suchen nach unter Anführungszeichen exotischer Physik, also neuen Teilchen.
Tim Pritlove: Exotische Physik. Tcherenkov-Strahlung war ja auch schon mal ein Thema,
Tim Pritlove: Raumzeit 104, da war ich auf La Palma
Tim Pritlove: und wir haben dort die Pläne für das Tcherenkov-Teleskop-Array angeschaut.
Tim Pritlove: Das ist ja related, sagen wir mal, da kosmische Strahlung und so weiter.
Wolfgang Adam: Genau, nur entsteht dort die Tcherenkov-Strahlung in der Atmosphäre.
Wolfgang Adam: Da muss man nicht beschleunigen. Genau, während hier in den Hochenergiephysik-Experimenten
Wolfgang Adam: das innerhalb eines Detektors passiert.
Tim Pritlove: Genau, aber das ist ja immer wieder auch schön zu sehen, so diese Analogie.
Tim Pritlove: Auf der einen Seite gibt es halt die Installationen, die einfach versuchen die
Tim Pritlove: kosmische Strahlung, die ohnehin schon beschleunigt durchs All schießt,
Tim Pritlove: in irgendeiner Form auszuwerten.
Tim Pritlove: Da wäre ja nebenbei auch noch das Alpha Magnetspektrometer zu erwähnen.
Tim Pritlove: Hatte ich ja auch schon bei Raumzeit 38 schon vor 10 Jahren tatsächlich das
Tim Pritlove: Thema schon mal, dessen Kontrollzentrum ja tatsächlich hier auch auf dem Zerngelände ist.
Tim Pritlove: Genau, aber wie wir ja auch schon in den letzten drei Sendungen ausgeführt haben,
Tim Pritlove: hier wird halt viel beschleunigt und durch diese Kaskade von Ringen kriegt man
Tim Pritlove: dann halt einfach die Teilchen mit einer sehr sehr hohen Energie zu den Detektoren
Tim Pritlove: und das ist dann eben sozusagen der Ort, wo es dann unter anderem mit dem CMS weitergeht.
Wolfgang Adam: Genau, und das hat natürlich auch Auswirkungen auf die Auslegung der Experimente,
Wolfgang Adam: weil wir eben hier nicht natürlich vorkommende Phänomene betrachten,
Wolfgang Adam: die über Zeit konstant beobachtet werden können, sondern wir generieren hier
Wolfgang Adam: die Kollisionen, die wir beobachten wollen, direkt.
Wolfgang Adam: Und das hat natürlich Auswirkungen auf, wie wir die Detektoren auslegen, betreiben.
Tim Pritlove: Jetzt wollen wir nochmal sagen, also ich hab's ja schon angedeutet,
Tim Pritlove: also CMS und Atlas, was, Spoiler Alert, das Thema in der nächsten Sendung sein
Tim Pritlove: wird, das sind ja im Prinzip so...
Tim Pritlove: Geschwister, Nachbarn, die kümmern sich im Wesentlichen um freundliche Konkurrenten.
Tim Pritlove: Also zwei Detektoren mit unterschiedlicher Technik, die mehr oder weniger denselben Auftrag haben.
Tim Pritlove: Im Prinzip in all dieser ganzen Beschleunigungen die selbe Art von Phänomenen
Tim Pritlove: versuchen zu beobachten, aber eben mit unterschiedlicher Technik.
Tim Pritlove: Und das finde ich einen ganz interessanten Ansatz, weil man ja dadurch sozusagen
Tim Pritlove: von vornherein feststellt, okay, wir haben kein Bias in unserer Technologie bei dem, was wir sehen.
Tim Pritlove: Oder zumindest nicht so weniger, weniger Bias.
Wolfgang Adam: Es gibt verschiedene Gründe natürlich, das so zu machen.
Wolfgang Adam: Warum wir überhaupt zwei Experimente haben, das hat mit dem zu tun,
Wolfgang Adam: was ich vorhin erwähnt habe, dass wir hier eben die Kollisionen selbst erzeugen.
Wolfgang Adam: Ein Grundsatz der Wissenschaft ist natürlich, dass Messungen immer kontrolliert,
Wolfgang Adam: unabhängig kontrolliert werden können von unabhängigen Wissenschaftlern.
Wolfgang Adam: Bei vielen Experimenten kann das hintereinander geschehen.
Wolfgang Adam: Also es wird ein Experiment durchgeführt, man findet etwas, danach kommt ein
Wolfgang Adam: anderes Experiment, das das überprüfen wird und verbessern wird.
Wolfgang Adam: Aber nachdem wir hier natürlich den Beschleuniger betreiben müssen,
Wolfgang Adam: ist es nicht optimal, wenn man die Messzeiten, die ja ohnehin Jahre und Jahrzehnte
Wolfgang Adam: dauern, wenn man die verdoppeln würde.
Wolfgang Adam: Und daher ist es viel ökonomischer, die zwei Experimente gleichzeitig zu betreiben.
Wolfgang Adam: Und für die unterschiedliche Auslegung gibt es verschiedene Gründe,
Wolfgang Adam: technologische Gründe, aber es gibt Es gibt vor allem unsere,
Wolfgang Adam: wenn wir Messungen durchführen, sind die Werte, die wir messen,
Wolfgang Adam: natürlich mit Fehlern behaftet.
Wolfgang Adam: Das heißt, es gibt da Unsicherheiten auf die Messwerte. Das ist vollkommen normal.
Wolfgang Adam: Das geschieht in allen Messungen.
Wolfgang Adam: Und diese Unsicherheiten können verschiedenen Ursprung haben.
Wolfgang Adam: Es gibt einen ganz einfachen statistischen Ursprung.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir beobachten eine endliche Zahl von Ereignissen,
Wolfgang Adam: wenn wir einen bestimmten Prozess messen und dadurch können Fluktuationen auftreten.
Wolfgang Adam: Wenn man einen Würfel zehnmal würfelt, dann werden die Eins bis Sechs nicht
Wolfgang Adam: genau mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftreten.
Wolfgang Adam: Also man wird nicht die gleiche Zahl beobachten.
Wolfgang Adam: Ähnlich ist es hier, wenn wir nur eine bestimmte Zahl von gewissen Ereignissen
Wolfgang Adam: beobachten, dann kann diese Zahl einfach ganz natürlich rauf und runter fluktuieren.
Wolfgang Adam: Aber es gibt dann eine zweite Komponente, die wir hier typischerweise systematische
Wolfgang Adam: Fehler nennen. Das ist...
Wolfgang Adam: Mögliche Verzerrungen des Messwerts durch Effekte, die zum Beispiel aus dem
Wolfgang Adam: Detektor kommen können oder aus der theoretischen Modellierung dieser Prozesse.
Wolfgang Adam: Und um diese Fehler möglichst auszuschließen, ist es günstig,
Wolfgang Adam: wenn man zwei Experimente mit unterschiedlichem Aufbau hat, weil Detektorfehler
Wolfgang Adam: dann im anderen Experiment nicht in derselben Form auftreten würden und man
Wolfgang Adam: sich dadurch gegenseitig kontrollieren kann.
Tim Pritlove: Ja, das ist sozusagen jetzt erstmal die Prämisse gewesen.
Tim Pritlove: Das heißt die beiden Detektoren sind quasi mit unterschiedlichen Philosophien,
Tim Pritlove: mit unterschiedlichen technischen Philosophien, aber eben mit dem selben Ziel entwickelt worden.
Tim Pritlove: Was ich schon mal ganz bemerkenswert finde, weil das sind ja alles sehr komplexe
Tim Pritlove: Maschinen. Also jede Maschine für sich ist ja schon sehr sehr sehr kompliziert
Tim Pritlove: und auch so nie dagewesen.
Tim Pritlove: Also so ein bisschen wie auch in der Raumfahrt, es ist eine permanente Prototypenentwicklung
Tim Pritlove: und man baut ja nicht was, was man schon mal hatte, weil das kennt man ja schon,
Tim Pritlove: ist ja auch langweilig so.
Tim Pritlove: Und das verstehe ich auch sehr gut, das ist einer der Reize,
Tim Pritlove: der hier sozusagen immer wieder ist. Man hat es halt einfach immer mit Bleeding
Tim Pritlove: Edge Technology zu tun, mit anderen Worten, man muss aber diesen Aufwand dann
Tim Pritlove: gleich zweimal treiben.
Tim Pritlove: Und ist natürlich dann vielleicht auch versucht, in gewisser Hinsicht, Oh mein Gott.
Tim Pritlove: Also dann steht man ja immer so in diesem Spannungsfeld, machen wir es jetzt
Tim Pritlove: überall komplett anders aus Prinzip oder tendieren wir dann dazu zu wenig auf
Tim Pritlove: abgehangener Technologie zu basieren,
Tim Pritlove: die dann auch so viel Risiko mit in das Ding reinbringt, dass es eben vielleicht
Tim Pritlove: am Ende nicht funktioniert?
Wolfgang Adam: Die Auslegung dieser Experimente ist immer eine Balance zwischen einem Kompromiss
Wolfgang Adam: zwischen wirklich die neueste und beste Technologie zu verwenden und gleichzeitig
Wolfgang Adam: das Risiko klein zu halten.
Wolfgang Adam: Das Kleinhalten des Risikos, ein Teil davon ist natürlich wiederum,
Wolfgang Adam: dass wir zwei Experimente mit unterschiedlichen Technologien haben.
Wolfgang Adam: Und es gibt natürlich noch eine endliche Zahl von Detektor-Technologien,
Wolfgang Adam: aber das heißt gewisse Elemente werden ähnlich sein,
Wolfgang Adam: aber in den Details unterscheiden sie sich dann und vor allem in der Gesamtkonzeption
Wolfgang Adam: unterscheiden sich die zwei Experimente.
Tim Pritlove: Gut, dann schauen wir doch mal darauf, was jetzt im Falle von CMS tatsächlich gebaut wurde.
Tim Pritlove: Wie ist sozusagen das Design des Detektors?
Tim Pritlove: Im Namen steckt ja schon so einiges drin. Also im Prinzip das Bauprinzip,
Tim Pritlove: wenn ich das richtig sehe, ist hier unter anderem mit enkodiert.
Tim Pritlove: Und wie muss man sich das vorstellen? Wie groß ist das Ding? Erzähl doch mal.
Wolfgang Adam: Also wie gesagt, wir haben ein Kompakt im Namen. Das könnte vielleicht etwas
Wolfgang Adam: täuschen, weil der Detektor wiegt über 10.000,
Wolfgang Adam: Tonnen, ist über 20 Meter lang und circa 15 Meter Durchmesser,
Wolfgang Adam: also ungefähr die Größe eines Hauses.
Wolfgang Adam: Und dieses Volumen ist zum großen Teil mit Präzisionstechnologie gefüllt.
Wolfgang Adam: Das Grundprinzip, das gilt auch für Atlas, ist,
Wolfgang Adam: dass wir idealerweise, wir haben diese Kollisionen,
Wolfgang Adam: die im Beschleuniger stattfinden, daraus entstehen Sekundärteilchen,
Wolfgang Adam: sehr viele, hunderte, tausende, und idealerweise wollen wir alle diese Teilchen
Wolfgang Adam: messen und ein Maximum der Eigenschaften jedes dieses Teilchens messen.
Wolfgang Adam: Leider gibt es kein Detektor-Konzept, das alle Eigenschaften gleichzeitig messen kann.
Wolfgang Adam: Mit Eigenschaften meine ich da zum Beispiel den Ursprungspunkt,
Wolfgang Adam: weil es gibt natürlich Teilchen, die direkt aus dem Punkt kommen,
Wolfgang Adam: an dem Protonen oder Atomkerne kollidiert sind.
Wolfgang Adam: Aber es gibt dann auch Zwischenstufen. Es gibt kurzlebige Teilchen,
Wolfgang Adam: die dort erzeugt werden, ein Stück weit fliegen, dann in weitere Teilchen zerfallen.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir wollen wissen, ob Teilchen vom ursprünglichen Kollisionspunkt
Wolfgang Adam: kommen oder aus dem Zerfall eines kurzlebigen Teilchens kommen.
Wolfgang Adam: Wir wollen die Richtung wissen.
Wolfgang Adam: Wir wollen idealerweise die Art des Teilchens wissen, seine Masse und natürlich seine Energie.
Wolfgang Adam: Und um das für alle wichtigen Teilchenarten zu erzielen, gibt es nur die Möglichkeit,
Wolfgang Adam: dass man mehrere Detektorsysteme kombiniert, weil eben ein einzelnes System
Wolfgang Adam: nicht alle diese Eigenschaften messen kann.
Wolfgang Adam: Das heißt, ganz grob gesagt, teilt sich der Detektor in drei Zonen, je nach Teilchentyp.
Wolfgang Adam: Im innersten Teil des Detektors versuchen wir die Flugbahn von geladenen Teilchen festzustellen.
Wolfgang Adam: Also damit kann man eben auch den Produktionsort feststellen,
Wolfgang Adam: die Richtung und wir können auch den Impuls feststellen.
Wolfgang Adam: Das heißt im klassischen Fall ist Impuls einfach das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit.
Wolfgang Adam: Im relativistischen Fall, unsere Teilchen, die dort erzeugt werden,
Wolfgang Adam: sind alle normalerweise relativ nah an der Lichtgeschwindigkeit.
Wolfgang Adam: Es ist etwas komplizierter, aber es gibt jedenfalls einen Zusammenhang zwischen
Wolfgang Adam: Energie, diesem Impuls und der Masse eines Teilchens.
Wolfgang Adam: Und das erzielen wir dadurch, dass wir eben ein starkes Magnetfeld im Großteil des Detektors haben.
Wolfgang Adam: Und dieses Magnetfeld wird die geladene Teilchen auf Helixbahnen zwingen.
Wolfgang Adam: Und aus der Krümmung dieser Helixbahnen kann man dann den Impuls berechnen.
Wolfgang Adam: Die Idee ist, dass man in diesem Volumen die Teilchen möglichst wenig und unter
Wolfgang Adam: Anführungszeichen stört.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir wollen diesen Teil des Detektors möglichst leicht bauen,
Wolfgang Adam: damit die Teiche nicht mit Material kollidieren und sich in andere Teiche umwandeln.
Wolfgang Adam: Und das ist sozusagen die erste Zone. Die zweite Zone wird verwendet,
Wolfgang Adam: um die Energie der meisten Teilchen zu messen, indem man sie de facto absorbiert.
Wolfgang Adam: Das heißt, dort kehrt man das Prinzip sozusagen um.
Wolfgang Adam: Man hat eine Zone mit sehr dichtendem Material.
Wolfgang Adam: Und in dem dichten Material werden die einlaufenden Teilchen eine Wechselwirkung
Wolfgang Adam: mit Atomkernen oder Elektronen machen.
Wolfgang Adam: Das wird neue Teichen erzeugen und diese neuen Teichen können wiederum kollidieren
Wolfgang Adam: und wiederum neue Teichen erzeugen. Das heißt, das ist ein Lawineneffekt.
Wolfgang Adam: Das heißt, man hat eine Multiplikation der Teilchen, die dort in diesem Schauer
Wolfgang Adam: entstehen und das geht so lange, bis die Energie der Teilchen,
Wolfgang Adam: die durchschnittliche Energie der Teilchen so weit gesunken ist,
Wolfgang Adam: dass sie keine neuen Teilchen mehr erzeugen können.
Wolfgang Adam: Weil das ganze geschieht natürlich über die übliche Äquivalenz zwischen Energie und Masse.
Wolfgang Adam: Das heißt, solange die einlaufenden Teilchen Energien haben,
Wolfgang Adam: die über der Masse anderer Teilchen liegen, können sie neue Teilchen überzeugen.
Wolfgang Adam: Und das heißt, irgendwann einmal fällt die Energie und der Schauer wird beendet.
Wolfgang Adam: Und aus der Größe des Schauers, aus der Zahl der Teilchen mit dem Schauer,
Wolfgang Adam: können wir die Energie des einlaufenden Teilchens rückrechnen.
Tim Pritlove: Habe ich das gerade richtig verstanden? Also die eigentliche Kollision,
Tim Pritlove: klar die löst du jetzt erstmal aus, dann gibt es halt nachfolgende Prozesse,
Tim Pritlove: wo dann eben weitere Zerfallsprodukte entstehen, weil das einfach die Eigenschaft
Tim Pritlove: dieser Teilchen ist, dass sie nicht langlebig sind.
Tim Pritlove: Aber das System ist schon so aufgebaut, dass man dann ab einem bestimmten Zeitpunkt
Tim Pritlove: auch schon bewusst anderes Material bereit hält, einfach um dann noch weitere
Tim Pritlove: sekundäre Kollisionen geschehen zu lassen.
Wolfgang Adam: Die sekundären Kollisionen in dieser zweiten Zone werden sozusagen absichtlich
Wolfgang Adam: herbeigeführt, eben um die Energie dieses einlaufenden Teilchens messen zu können.
Wolfgang Adam: Und diesen Bereich werden die allermeisten Teilchen nicht verlassen.
Wolfgang Adam: Also vielleicht sollte man dann hier sprechen, ein bisschen über die Teilchenarten,
Wolfgang Adam: die wir da messen können. Also wir haben im Wesentlichen...
Wolfgang Adam: Das Standardmodell mit eigentlich vier Wechselwirkungen, aber die Gravitation,
Wolfgang Adam: die Schwerkraft spielt hier bei den Experimenten de facto keine Rolle.
Wolfgang Adam: Das heißt wir haben die elektromagnetische Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung,
Wolfgang Adam: starke Wechselwirkung und wie sich Teilchen innerhalb eines Detektors verhalten,
Wolfgang Adam: hängt davon ab, welchen dieser Wechselwirkungen sie unterliegen.
Tim Pritlove: Um es gleich nochmal klar zu machen für alle, die nicht ganz so in der Materie
Tim Pritlove: drinstecken, mit Wechselwirkung meinen wir jetzt im Prinzip die fundamentalen Kräfte der Natur.
Tim Pritlove: Schwerkraft kennen wir alle, leiden wir täglich drüber, aber wir würden es noch
Tim Pritlove: dürrer finden, wenn sie nicht da wäre.
Tim Pritlove: Also die starke Kernkraft und man sagt halt hier eher Wechselwirkung,
Tim Pritlove: weil das ist sozusagen das, was man in diesem Teilchensystem sieht oder was dort,
Tim Pritlove: was wir meinen oder glauben, wissen, was dort stattfindet, eine Interaktion
Tim Pritlove: zwischen diesen Teilchen und manche Teilchen sind halt mehr so dieses Ist und
Tim Pritlove: manche sind mehr so das Wird und diese Wirtsteilchen, das ist sozusagen diese
Tim Pritlove: Kräfte, von denen wir sprechen.
Tim Pritlove: Starke Kernkraft ist halt das, was im Kern, im wahrsten Sinne des Wortes,
Tim Pritlove: die Kerne auch zusammenhält, also dafür sorgt, dass nicht alles auseinander fliegt.
Tim Pritlove: Die schwache Kernkraft kennt man halt so ein bisschen auch unter dem Aspekt
Tim Pritlove: der Radioaktivität, dass man sozusagen auch in der Lage ist,
Tim Pritlove: Obwohl schwach in irgendeiner Form das Ganze auch immer mal wieder sich auflösen
Tim Pritlove: zu lassen. Finde ich auch einen schönen Regulationsmechanismus.
Tim Pritlove: Es bleibt halt nicht alles so wie es ist, sondern mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit
Tim Pritlove: fliegt der ganze Kram dann einfach so aus sich heraus, mehr oder weniger, auseinander.
Tim Pritlove: Und dann halt noch der gesamte Elektromagnetismus, den wir alle toll finden,
Tim Pritlove: jeder hat schon mal in die Steckdose gefasst.
Tim Pritlove: Und das hält ja auch irgendwie alles zusammen, das heißt gerade die schwache
Tim Pritlove: und die starke Kernkraft,
Tim Pritlove: würde ich sagen, das ist hier so der Hauptfokus, während die elektromagnetische
Tim Pritlove: Kraft eigentlich eher so ein bisschen der nützliche Idiot ist,
Tim Pritlove: um das genauer anzuschauen oder gibt's Tatsachen?
Wolfgang Adam: Nicht ganz, weil de facto war ja etwas, was man in den 80er Jahren eigentlich
Wolfgang Adam: bewiesen hat, ist, dass die elektromagnetische Kraft und die schwache Kraft
Wolfgang Adam: eigentlich nur zwei Seiten derselben Metalle sind.
Wolfgang Adam: Und dass wir sie nur so unterschiedlich sehen, weil wir hier normalerweise bei
Wolfgang Adam: sehr niedrigen Energien arbeiten, Aber wenn man sich Kollisionen bei sehr hoher Energie ansieht,
Wolfgang Adam: dann sieht man, dass das eigentlich dasselbe Phänomen ist, nur in zwei Arten.
Wolfgang Adam: Ja, und um auf den Detektor zurückzukommen. Es gibt eben Detektorteile,
Wolfgang Adam: die sind spezialisiert auf Teilchen, die hauptsächlich elektromagnetisch wechselwirken,
Wolfgang Adam: also geladene Teilchen oder Photonen, Lichtteilchen, die de facto diese elektromagnetische
Wolfgang Adam: Wechselwirkung vermitteln, diese elektromagnetischen Kräfte vermitteln.
Wolfgang Adam: Und dann gibt es Hadronen, das heißt Teilchen, die auch der starken Wechselwirkung unterliegen.
Wolfgang Adam: Und die manifestieren sich eben anders und die zum Beispiel im Detektor erzeugen,
Wolfgang Adam: diese Schauer werden länger sein und das heißt man hat einen speziellen Teil
Wolfgang Adam: des Detektors für diese Art Teilchen.
Tim Pritlove: Hadronen muss man nochmal dazu sagen, das ist das, was den Atomkern im Wesentlichen
Tim Pritlove: ausmacht, also was Protonen und Neutronen formt.
Wolfgang Adam: Protonen und Neutronen sind Hadronen, aber es gibt einen ganzen Zuf von Teilchen.
Tim Pritlove: Nur so zur Einordnung. Hadronen ist der allgemeine Begriff für das,
Tim Pritlove: was unter anderem Protonen und Neutronen formt.
Wolfgang Adam: Genau. Und dann nach dieser zweiten Zone bleibt eigentlich nicht mehr sehr viel übrig.
Wolfgang Adam: Dort sind eben die meisten Teilchen sozusagen stecken geblieben und es bleiben
Wolfgang Adam: eigentlich nur mehr Teilchen über,
Wolfgang Adam: die eben in der Lage sind, sehr große Dichten von Stärken von Material zu durchdringen
Wolfgang Adam: und das sind einerseits die Myonen.
Wolfgang Adam: Also die Myonen, das ist ein Schwester oder Bruder des Elektrons.
Wolfgang Adam: Das heißt im Wesentlichen haben sie alle Eigenschaften,
Wolfgang Adam: die auch Elektron hat, das sehr bekannte Elektron hat,
Wolfgang Adam: aber sie sind wesentlich schwerer und das führt dazu, dass sie eben wesentlich
Wolfgang Adam: leichter durch Material durchdringen können und der beste Beweis dafür Dafür
Wolfgang Adam: ist die Höhenstrahlung.
Wolfgang Adam: Das sind also Myonen, die bei Kollisionen, so wie diese Lawinenartigen Schauer,
Wolfgang Adam: die ich beschrieben habe, die entstehen natürlich nicht nur im Detektor,
Wolfgang Adam: sondern können auch in der Atmosphäre entstehen, wenn hochenergetische Teilchen
Wolfgang Adam: aus dem Weltraum eindringen.
Wolfgang Adam: Und die Myonen, die dabei entstehen, können bis zur Erdoberfläche laufen und
Wolfgang Adam: de facto sogar unter die Erdoberfläche, weil unsere Detektoren hier am LHC,
Wolfgang Adam: die so etwa 100 Meter unter der Erde liegen, sehen noch immer Myonen aus der Höhenstrahlung.
Wolfgang Adam: Und diese Myonen können eben die meisten Detektorschichten durchlaufen und die
Wolfgang Adam: werden dann in der letzten Zone, im äußersten Teil des Detektors gesehen.
Wolfgang Adam: Das ist sehr praktisch, weil dadurch können wir sie sehr leicht identifizieren.
Wolfgang Adam: Wie gesagt, wir würden auch gerne wissen, um welches Teilchen es sich in jedem Fall handelt.
Wolfgang Adam: Und die Teilchen, die wir in dieser äußersten Zone sehen, sind praktisch ausschließlich Myonen.
Tim Pritlove: Und da steckt ja auch ein Name mit drin.
Wolfgang Adam: Genau. Die Myonen, die erlauben, wir können Myonen sehr präzise messen.
Wolfgang Adam: Sie sind also ein sehr wichtiges Instrument, um zu verstehen,
Wolfgang Adam: was in einer Kollision passiert.
Wolfgang Adam: Und gleichzeitig werden wir die Kollisionen, die hier im Beschleuniger entstehen,
Wolfgang Adam: laufen hauptsächlich über die starke Wechselwirkung.
Wolfgang Adam: Was in der Kollision passiert, ist im Wesentlichen eine Auswirkung der starken Wechselwirkung.
Wolfgang Adam: Und dabei werden sehr wenige Elektronen, Myonen oder ähnliche Teilchen erzeugt.
Wolfgang Adam: Das heißt, es ist auch einfach, diese Myonen zu detektieren,
Wolfgang Adam: weil neben den hunderten Teilchen, die da entstehen können bei jeder Kollision,
Wolfgang Adam: gibt es jeweils nur höchstens einige wenige Myonen geben.
Wolfgang Adam: Und deswegen ist die Detektion einfacher und deswegen ist das Experiment auch
Wolfgang Adam: sehr stark darauf ausgelegt worden, dass man Myonen messen kann,
Wolfgang Adam: die zum Beispiel auch wichtig sind, um das berühmte X-Person zu messen und zu finden.
Tim Pritlove: Vielleicht mal so als Nebeneinschub, wenn man das jetzt mal mit so der Kernspaltung
Tim Pritlove: im Atomkraftwerk vergleicht, wenn man jetzt hier Atomkerne aufeinander ballert
Tim Pritlove: und die in ihre tausend Teilchen zerschießen, dann ist das ja im Prinzip auch eine Kernspaltung.
Wolfgang Adam: Nicht ganz. Also was man wirklich verstehen sollte ist, dass bei den Energien
Wolfgang Adam: mit denen wir hier arbeiten, diese Energien liegen viele Größenordnungen über
Wolfgang Adam: den Energien, die typischerweise in einem Atomkern auftreten.
Wolfgang Adam: Und bei diesen Energien, wenn zum Beispiel zwei Protonen aufeinandertreffen,
Wolfgang Adam: findet die Kollision nicht zwischen den Protonen als Protonobjekt 1 und Protonobjekt
Wolfgang Adam: 2 statt, sondern die Kollision findet statt zwischen Bestandteilen der Protonen.
Wolfgang Adam: Also in den Protonen und Neutronen haben wir Quarks, was wir Up- und Down-Quarks nennen.
Wolfgang Adam: Das sind also etwas seltsame Teilchen, weil sie nicht frei in der Natur vorkommen.
Wolfgang Adam: Diese Bestandteile sind immer eingeschlossen in die berühmten Hadronen.
Tim Pritlove: Also Hadronen enthalten immer… Also sie kommen in der Natur vor, aber nicht einzeln.
Wolfgang Adam: Genau, sie kommen nicht frei in der Natur vor.
Wolfgang Adam: Und die Hypothese dieser Quarks hat erlaubt eben eine Ordnung in diesem Zoo
Wolfgang Adam: zu bringen, man dadurch die Teilchen klassifizieren konnte, je nachdem welche Quarks sie enthalten.
Wolfgang Adam: Und de facto, wenn zwei Protonen hier im LHC zusammenstoßen,
Wolfgang Adam: ist die Kollision, die uns interessiert,
Wolfgang Adam: ist die Kollision entweder zwischen einem Quark aus dem einen Proton und einem
Wolfgang Adam: Quark aus dem anderen Proton oder aber,
Wolfgang Adam: was hier sehr oft passiert, das Proton ist ein komplexes Objekt.
Wolfgang Adam: Also im Prinzip, man lernt in der Schule.
Wolfgang Adam: Das Proton besteht aus drei Quarks, aber in Wirklichkeit ist mehr Leben in diesem Proton.
Wolfgang Adam: Und vor allem gibt es da Gluronan.
Wolfgang Adam: Das Gluronan ist das Äquivalent des Photons, des Lichtteilchens für die elektromagnetische
Wolfgang Adam: Wechselwirkung, da in diesem Fall für die starke Wechselwirkung.
Wolfgang Adam: Das heißt, das sind die Teilchen, die die starke Wechselwirkung übertragen zwischen
Wolfgang Adam: zwei Quarks zum Beispiel.
Wolfgang Adam: Und das Proton ist de facto voll von diesen Glurnan, die die Quarks de facto
Wolfgang Adam: im Proton zusammenhalten.
Wolfgang Adam: Und das heißt, wir können auch Kollisionen zwischen diesen Q-Unern haben,
Wolfgang Adam: wenn die zwei Protonen sich treffen.
Tim Pritlove: Das heißt der Unterschied ist, weil ich mich gefragt habe,
Tim Pritlove: wenn so viel kollidiert und man das vergleichen kann, so Kernkraftwechsel ist
Tim Pritlove: halt sehr viel Radioaktivität frei, inwiefern ist dann diese Kollision anders?
Tim Pritlove: Geschieht das dort auch oder ist das eben weil die Energie so hoch ist,
Tim Pritlove: dass alles so dermaßen zertrümmert wird, dass sich das komplett anders verhält?
Wolfgang Adam: Ja, wie gesagt, die Energien sind so hoch, dass de facto ein zerfallenes Atomkern,
Wolfgang Adam: ein zerfallenes und komplexes Objekt, das aus vielen Protonen und Neutronen
Wolfgang Adam: besteht, und der wird sich de facto in zwei Teile spalten, weil energetisch
Wolfgang Adam: der Ausgangszustand günstiger ist.
Wolfgang Adam: Aber das spielt sich typischerweise bei Energien. Die Energien,
Wolfgang Adam: die in diese Prozesse involviert sind, sind typischerweise in der Million-Elektron-Volt-Gegend.
Wolfgang Adam: Um das zu vergleichen, ist die circa tausendmal höher als typische Röntgenstrahlung,
Wolfgang Adam: wenn man einen Vergleich haben will.
Wolfgang Adam: Und wir reden hier über Giga-Elektron-Volt, also Milliarde-Elektron-Volt oder
Wolfgang Adam: noch einen Faktor tausend drüber.
Wolfgang Adam: Das heißt, wie gesagt, bei diesen Prozessen, das ist keine Spaltung,
Wolfgang Adam: weil wir hier wirklich mit Elementarteilchen arbeiten.
Tim Pritlove: Das ist eine Zerschmetterung.
Wolfgang Adam: Es ist eine Umwandlung. Es ist eine Umwandlung, weil Zerschmetterung würde voraussetzen,
Wolfgang Adam: dass das Teilchen aus Bestandteilen besteht.
Wolfgang Adam: Während das wir hier mit, was uns interessiert, sind die Elementarteilchen.
Wolfgang Adam: Das heißt Teilchen, von denen wir keine innere Struktur kennen,
Wolfgang Adam: von denen wir glauben, dass sie wirklich elementar sind.
Wolfgang Adam: Die niedrigsten Elemente, Bestandteile der Materie darstellen.
Wolfgang Adam: Das heißt, man kann es zerschmettern, ist das vielleicht ein schlechter Ausdruck,
Wolfgang Adam: weil sie keine Bestandteile haben. Und was passiert, ist eine Umwandlung.
Tim Pritlove: Ja ich meinte nicht die Teilchen werden zerschmettert, da habe ich mich vielleicht falsch ausgerückt,
Tim Pritlove: sondern die Struktur wird zerschmettert, also in dem Moment wo diese Bindung von den Quarks,
Tim Pritlove: Glonen und so weiter alles komplett aufgelöst wird in seine wirklichen elementaren
Tim Pritlove: Teilchen, dann ist sozusagen die komplette Struktur dessen was kollidiert ist
Tim Pritlove: sozusagen vollständig aufgelöst.
Wolfgang Adam: Ja, es stimmt natürlich, das was zerschmettert wird, ist das Proton, d.h.
Wolfgang Adam: Zwei Bestandteile, ein Bestandteil aus jedem Proton kollidiert und macht eine
Wolfgang Adam: Wechselwirkung, erzeugt neue Teilchen, das ist der Prozess, der uns interessiert.
Wolfgang Adam: Aber das Proton, wenn das passiert, wird das Proton de facto zerstört,
Wolfgang Adam: weil das Proton aus drei Quarks besteht und wenn man da Bestandteile herausschlägt,
Wolfgang Adam: gibt es kein Proton mehr, d.h.
Wolfgang Adam: Der Rest des Protons wird sich auch in neue Teilchen umwandeln.
Wolfgang Adam: Das ist aber ein für uns eher ein störender Untergrund als das was uns wirklich interessieren.
Wolfgang Adam: Ja der Rest des Protons wird sich auch in neue Teilchen.
Tim Pritlove: Aber Radioaktivität in dem Sinne wird da nicht frei?
Wolfgang Adam: Nein, Radioaktivität ist ja der spontane Zerfall eines Atomkerns de facto.
Wolfgang Adam: Und während wir hier eine induzierte Kollision zwischen zwei Teilchen,
Wolfgang Adam: die also größtenteils unter der Größe eines Atomkerns liegen.
Tim Pritlove: Ja man muss ja auch über gefühlte Gefahren reden.
Tim Pritlove: Wir hatten ja schon in der Ausgangsdiskussion die Diskussion um schwarze Löcher,
Tim Pritlove: die hier erzeugt werden, da ist ja ein Weltuntergang drohen.
Wolfgang Adam: De facto ist natürlich die Teilchen, die aus der Kollision hinauslaufen,
Wolfgang Adam: sind natürlich Strahlung.
Wolfgang Adam: Das heißt das könnte ionisierende Strahlung und deswegen ist auch die Detektorzone
Wolfgang Adam: während wir operieren abgeschlossen.
Tim Pritlove: Bevor wir vielleicht gleich mal so den eigentlichen Messvorgang selber aus der
Tim Pritlove: Perspektive eines Teilchens dann oder eines Protons erstmal beobachten,
Tim Pritlove: würde ich ganz gerne nochmal von außen nach innen gehen.
Tim Pritlove: Also haben wir ja schon gesagt, es ist ein relativ großes System.
Tim Pritlove: Was war das? 15 Meter ungefähr?
Tim Pritlove: Super schwer, sehr viel Material und vor allem ist es halt ein,
Tim Pritlove: ich meine was der Name ja auch sagt, Solenoid, also sozusagen eine riesige Spule,
Tim Pritlove: eine Magnetspule, wie man das halt so aufgebückt kennt.
Tim Pritlove: Eine ganz kerstliche Spule, ja. Quasi wie so ein riesiges dynamisches Mikrofon.
Tim Pritlove: Und dieser Apparat sitzt wo genau? Wie tief?
Wolfgang Adam: Der Apparat sitzt auf dem Niveau des Beschleunigers natürlicherweise und das
Wolfgang Adam: heißt das ist knappe 100 Meter tief.
Wolfgang Adam: In einer Kaverne in der von beiden Seiten der Beschleuniger Tunnel einmündet.
Tim Pritlove: Ist es da eigentlich warm?
Wolfgang Adam: Normale Temperatur, Umgebungstemperatur.
Tim Pritlove: Wenn man sich so dem Erdkern nähert, wird es ja irgendwann warm.
Tim Pritlove: Bleibt doch etwas Abstand. Also Frost gibt es auf jeden Fall keinen.
Wolfgang Adam: Nein, Frost gibt es keiner.
Wolfgang Adam: Die Größe des Apparats hängt de facto mit der Energie der Kollisionen und daraus
Wolfgang Adam: folgender Energie der Teilchen, die aus der Kollision erzeugt werden, zusammen.
Wolfgang Adam: Ich habe von diesen Schauern gesprochen. Diese Schauer wachsen mit der Energie
Wolfgang Adam: des Teilchens, werden diese Schauer immer größer.
Wolfgang Adam: Und um eine präzise Messung der Energie zu erhalten, möchten wir,
Wolfgang Adam: dass der gesamte Schauer im Detektor enthalten ist und nicht,
Wolfgang Adam: dass gewisse Teilchen sich hinten aus dem Detektor rauslaufen würden.
Wolfgang Adam: Und nachdem eben diese Schauer mit der Energie wachsen und wir die Dichte des
Wolfgang Adam: Materials nicht beliebig erhöhen können,
Wolfgang Adam: weil wir müssen mit Materialien arbeiten, die es gibt, kann man diese Detektoren
Wolfgang Adam: mit höherer Energie einfach nur dicker machen. Das ist der eine Grund.
Wolfgang Adam: Der andere Grund, ich habe von der Impulsmessung und geladenen Teilchen gesprochen.
Wolfgang Adam: Also der Sinn der großen Spule ist, dass geladene Teilchen eben auf eine Helix
Wolfgang Adam: oder in einer Projektion, Kreisbahn abgelenkt werden.
Wolfgang Adam: Dadurch können wir die Ladung messen, weil die positive und negative Teilchen
Wolfgang Adam: werden sich in unterschiedliche Richtungen wegrümmen und aus der Stärke der
Wolfgang Adam: Krümmung können wir eben diesen Impuls abmessen.
Wolfgang Adam: Und bei den Energien, die wir produzieren, ist diese Krümmung aber sehr gering.
Wolfgang Adam: Und das heißt, um diese Krümmung messen zu können, gibt es zwei Möglichkeiten.
Wolfgang Adam: Man erhöht die Präzision des Detektors, weil wir messen eben die Bahn an verschiedenen
Wolfgang Adam: Orten und wenn man dann verschiedene Punkte misst, kann man irgendwann einmal
Wolfgang Adam: sehen, dass diese Punkte nicht auf einer geraden Linie liegen,
Wolfgang Adam: sondern eben eine leichte Probe machen.
Wolfgang Adam: Aber wie gut man das messen kann, hängt natürlich von der Präzision ab,
Wolfgang Adam: mit der man jeden Punkt messen kann.
Wolfgang Adam: Und diese Präzision hat natürlich auch ein Limit, ihre Grenzen.
Wolfgang Adam: Und die zweite Möglichkeit ist, dass man die Krümmung vergrößert bei gleicher
Wolfgang Adam: Energie und das heißt ein größeres Magnetfeld, das heißt eine sehr starke Spule.
Wolfgang Adam: Und in CMS de facto haben wir versucht beides zu machen.
Wolfgang Adam: Ein sehr sehr starkes Magnetfeld, also 3,8 Tesla, das ist größenordnungsmäßig
Wolfgang Adam: 100.000 mal das Erdmagnetfeld und gleichzeitig sehr Präzisedetektoren im Innenraum der Spur.
Tim Pritlove: Wenn man da runter geht, dann muss man sich auch all seine metallischen Dinge empfehlen.
Wolfgang Adam: Ja, wenn die Spule eingeschaltet ist. Es ist zwar, was man außen sieht, ist nur ein Rest Feld.
Wolfgang Adam: Wenn man so eine Spule einfach frei in den Raum stellen würde,
Wolfgang Adam: dann würde man ein Magnetfeld im großen Umkreis um den Detektor erzeugen.
Wolfgang Adam: Das möchten wir natürlich nicht.
Wolfgang Adam: Das heißt, die Spule ist komplementiert, und das macht den Großteil der Struktur
Wolfgang Adam: des Detektors aus, durch einen Rückflussjoch.
Wolfgang Adam: Also, um es einfach zu sagen, die Spule an der Detektor ist eingebettet in ein
Wolfgang Adam: Stahlkorsett, de facto, und dieses schließt die magnetischen Feldlinien.
Wolfgang Adam: Das heißt, die magnetischen Feldlinien laufen durch die Spule und dann durch
Wolfgang Adam: den Stahl wieder zurück Und das bewirkt,
Wolfgang Adam: dass außen zwar nicht null, weil das System nicht perfekt ist,
Wolfgang Adam: aber ein sehr viel geringeres Magnetfeld herrscht.
Wolfgang Adam: Dieses sehr viel geringere Magnetfeld ist allerdings immer noch stark genug,
Wolfgang Adam: um einfach sichtbar zu sein und in Führungen.
Tim Pritlove: Aber es reißt einem jetzt nicht die Armbanduhr vom Arm?
Wolfgang Adam: Es reißt nicht die Armbandufe am Arm, aber wenn man nahe an den Detektor geht,
Wolfgang Adam: sollte man keine magnetischen Werkzeuge oder ähnliches haben.
Tim Pritlove: Man kennt ja diese Problematik aus der Medizin mit so einem Magnetresonanzsystem und so weiter.
Tim Pritlove: Da ist es ja ein echtes Problem, wenn man da mal was mit reinbringt.
Wolfgang Adam: Genau, wir bewegen uns in denselben Größenordnungen und das heißt natürlich
Wolfgang Adam: auch, dass alle Komponenten im Detektor nicht magnetisch sein sollten.
Wolfgang Adam: Aber wie gesagt außen in Führungen verwenden wir oft eine kleine Kette von Büroklammern
Wolfgang Adam: und man sieht klar auch außerhalb vom Detektor und in einem Abstand vom Detektor,
Wolfgang Adam: dass diese Kette nicht gerade hinunter hängt.
Tim Pritlove: Wäre das, würde man sich jetzt in der Mitte befinden, wenn der Magnet eingeschaltet ist?
Tim Pritlove: Nur so als Mensch nackt, würde einem das schaden? Also ist das ein Problem für
Tim Pritlove: den menschlichen Körper oder ist es egal?
Wolfgang Adam: Im Prinzip sollte das egal sein, weil wir uns in den selben Größenordnungen
Wolfgang Adam: bewegen wie für medizinische Untersuchungen, Magnetesresonanz.
Tim Pritlove: Na gut, also auf jeden Fall eine fette Spule.
Wolfgang Adam: Sie würden aber wahrscheinlich Effekte sehen, wenn sie sich bewegen,
Wolfgang Adam: wenn sich jemand bewegt im Detektor.
Wolfgang Adam: Im magnetischen Feld, das löst ja Ströme aus.
Tim Pritlove: Also man würde es stören, aber man würde nicht sterben. Ja.
Tim Pritlove: Okay, also so ein riesen Magnetspuler, die dann aber auch noch gekühlt werden
Tim Pritlove: muss, nehme ich an, also ordentlich?
Wolfgang Adam: Genau, das ist meines Wissens immer der größte supraleitende Magnet, der existiert.
Wolfgang Adam: Das heißt, um dieses starke Magnetfeld zu erzeugen, verwenden wir einen Niob-Titan-Leiter,
Wolfgang Adam: der supraleitend wird, wenn man ihn auf etwa 4 Grad über dem absoluten Nullpunkt kühlt.
Wolfgang Adam: Und diese Kühlung passiert mit flüssigem Helium. Und das macht natürlich die
Wolfgang Adam: Komplexität des Systems aus.
Wolfgang Adam: Man muss flüssiges Helium erzeugen, man muss die Spule natürlich thermisch isolieren,
Wolfgang Adam: Das heißt, die ist in einem Vakuumtank eingebettet, sozusagen eine riesige Thermosflasche.
Wolfgang Adam: Und man muss garantieren können, dass die Spule immer kalt bleibt,
Wolfgang Adam: weil man muss sich vorstellen, der Leiter,
Wolfgang Adam: also der elektrische Leiter, der dort ausgewickelt ist in der Spule,
Wolfgang Adam: der hat eine Breite von einigen Zentimetern und eine Dicke von einigen Millimetern
Wolfgang Adam: Und durch diesen Leiter laufen 18.000 Ampere.
Wolfgang Adam: Das wäre für normal leitende...
Wolfgang Adam: Das heißt, man muss sicherstellen, dass die Spule im super leitenden Zustand bleibt.
Wolfgang Adam: Und falls man glaubt, dass die Kühlung nicht mehr aufrechterhalten werden kann
Wolfgang Adam: oder so, muss man die Spule möglichst schnell und kontrolliert abschalten.
Wolfgang Adam: Weil man muss verstehen, dass im Magnetfeld kann man de facto Energie speichern.
Wolfgang Adam: Das heißt, wenn das Magnetfeld aufgebaut wird, wird de facto Energie dort hineingebombt
Wolfgang Adam: und im Magnetfeld gespeichert.
Wolfgang Adam: In unserem Fall sind das ca. 2 Gigajoule.
Wolfgang Adam: Das ist eine nicht vernachlässigbare Menge, mit der man eine Menge Metall zum
Wolfgang Adam: Beispiel schmelzen könnte.
Wolfgang Adam: Und sollte man die Kühlung nicht aufrechterhalten können, muss man dafür sorgen,
Wolfgang Adam: dass man diese große Energie aus den Magneten möglichst schnell extrahiert,
Wolfgang Adam: damit es keine Beschädigungen im Magnet ergibt. Das ist eine der technischen...
Tim Pritlove: So ein Abschalten-Moment?
Wolfgang Adam: Ja, wir versuchen das möglichst selten zu haben, aber es ist schon zweimal vorgekommen,
Wolfgang Adam: dass wir ihn schnell abschalten wollen.
Tim Pritlove: Aber hat dann zumindest auch funktioniert und das glimpfliche auch.
Wolfgang Adam: Hat alles funktioniert, ja.
Tim Pritlove: Wenn ich das richtig sehe, ist ja CMS nicht vor Ort gebaut worden,
Tim Pritlove: sondern erstmal woanders und dann da rein.
Wolfgang Adam: Also CMS, diese Detektoren werden von Kollaborationen gebaut,
Wolfgang Adam: die aus vielen Instituten bestehen. In CMS haben wir inzwischen mehr als 200
Wolfgang Adam: Universitäts- oder andere wissenschaftliche Institute, die da mitarbeiten.
Wolfgang Adam: Und normalerweise, wenn man diesen Konten aus so einem Detektor baut,
Wolfgang Adam: trägt jedes Institut einen gewissen Teil bei.
Wolfgang Adam: Und die Konstruktion basiert von kleinen Elementen zu immer größeren Elementen.
Wolfgang Adam: Also viele der grundlegenden Bestandteile werden in Industrie gefertigt und
Wolfgang Adam: sie werden dann sukzessive am Anfang in den Instituten zusammengebaut zu immer größeren Elementen.
Wolfgang Adam: Und der finale Zusammenbau geschieht dann normalerweise hier am CERN.
Wolfgang Adam: Und für CMS war das eine spezielle Komplikation, weil als wir anfangen mussten,
Wolfgang Adam: den Detektor zusammenzubauen, also die Konstruktion der Elemente hat ungefähr
Wolfgang Adam: im Jahr 2000 begonnen, war die Kaverne im Untergrund noch nicht fertiggestellt.
Wolfgang Adam: Und wir konnten aus Zeitgründen nicht warten auf die Fertigstellung,
Wolfgang Adam: um das normale Prozedere zu machen, das heißt den Detektor in kleinen Stücken
Wolfgang Adam: unten direkt vor Ort in der Kaverne aufzubauen.
Tim Pritlove: Also man hätte das eigentlich gerne getan, aber das macht man auch nicht.
Wolfgang Adam: Das wäre eine normale Vorgangsweise gewesen. Aber es ging nicht und deswegen,
Wolfgang Adam: was wir gemacht haben, wir hatten über der Detektorzone eine große Halle und
Wolfgang Adam: wir haben angefangen den Detektor dort aufzubauen.
Wolfgang Adam: Und er ist de facto vollständig in dieser Halle aufgebaut worden und der Aufbau
Wolfgang Adam: wurde aber so gemacht, dass er in größere Stücke zerlegt werden konnte.
Wolfgang Adam: Also insgesamt 15 Stücke, davon 11 wirklich sehr große.
Wolfgang Adam: Man muss sich vorstellen, dass das größte Stück, das auch den Magneten enthalten
Wolfgang Adam: hat, ca. 2000 Tonnen wiegt.
Wolfgang Adam: Und als die Kaverne fertig war, wir haben einen sehr großen Zugangsschacht,
Wolfgang Adam: der so diese 80, 90 Meter hinunter geht, bis er die Kaverne erreicht.
Wolfgang Adam: Und es wurde dann ein riesiger Kran gemietet, der 2000 Tonnen tragen kann.
Wolfgang Adam: Die kleine Komplexität dabei ist, dass diese Kräne nicht mehr beweglich sind.
Wolfgang Adam: Das heißt, dieser Kran wurde direkt über dem Schacht aufgebaut.
Wolfgang Adam: Und der Schacht kann durch einen Deckel verschlossen werden,
Wolfgang Adam: der mehr als einen Meter Stahlbeton besteht.
Wolfgang Adam: Und das System war dann, dass wir jeweils eines von diesen Detektorstücken auf
Wolfgang Adam: den Deckel verschoben haben.
Wolfgang Adam: Der Kran hat ihn dann dort aufgehoben, man hat den Deckel geöffnet und ihn dann
Wolfgang Adam: in einer Operation, die halben Tag typischerweise gebraucht hat,
Wolfgang Adam: das Teil runtergelassen bis in die Kaverne.
Wolfgang Adam: Dann in der Kaverne verschoben, damit wieder Platz wird und das nächste Teil runtergelassen.
Wolfgang Adam: Das war eine Operation, die von circa 2006 bis 2008 gedauert hat insgesamt.
Wolfgang Adam: Krass. Dieses Konzept hat aber den Vorteil gehabt, oder hat noch immer den Vorteil,
Wolfgang Adam: dass wir dieses Verschieben von Teilen auch jetzt für die Wartung des Detektors verwenden können.
Wolfgang Adam: Der Beschleuniger läuft typischerweise den Großteil des Jahres und wir haben
Wolfgang Adam: dann eine Pause von zwei Monaten oder in der Größenordnung in der Winterperiode.
Wolfgang Adam: Das wird für Wartungen benutzt oder Verbesserungen. Und dieses System mit den
Wolfgang Adam: verschiedenen großen Teilen kann benutzt werden, um die Teile unten in der Kaverne
Wolfgang Adam: zu verschieben und dadurch Zugang zu den Zonen zwischen den Teilen zu bekommen.
Tim Pritlove: Okay. Aus der Not eine Tugend gemacht sozusagen.
Wolfgang Adam: Mhm.
Tim Pritlove: Gut, dann würde ich sagen, schauen wir doch mal, wie das jetzt wirklich in Operation aussieht.
Tim Pritlove: Also wir haben ja auch schon über den Beschleunigerring gesprochen. Die Teilchen,
Tim Pritlove: die man halt haben will, werden so einer Quelle entnommen und werden dann auf
Tim Pritlove: die Reise geschickt und landen dann eben über die einzelnen Kaskaden von Ringen im LHC,
Tim Pritlove: in dem großen 27 Kilometer Ring und erhalten dort ihre finale Geschwindigkeit
Tim Pritlove: und entlang dieses LHC sind die vier großen Detektoren aufgebaut.
Tim Pritlove: Über LS haben wir schon gesprochen, jetzt halt CMS. Wo befindet sich CMS,
Tim Pritlove: schon in der Schweiz oder in Frankreich?
Wolfgang Adam: CMS befindet sich in Frankreich, also der einzige Detektor der in der Schweiz steht ist Atlas.
Wolfgang Adam: Und wir befinden uns genau auf der entgegengesetzten Seite des Rings im Vergleich
Wolfgang Adam: zum Hauptgelände des CERN.
Tim Pritlove: Also maximal weiter Weg.
Wolfgang Adam: Maximal weiter Weg, was natürlich die Operation des Detektors und den Betrieb
Wolfgang Adam: des Detektors nicht erleichtert.
Wolfgang Adam: Wir haben natürlich einen Kontrollraum beim Detektor, der ständig besetzt ist
Wolfgang Adam: und das heißt, die Leute müssen vom CERN typischerweise dorthin fahren.
Tim Pritlove: Ihr seid so ein bisschen die da draußen sozusagen.
Tim Pritlove: Ja, okay, gut.
Tim Pritlove: So jetzt kommen also die Teilchen dort an und werden dann ja auf den letzten
Tim Pritlove: Metern auch nochmal aus dieser Kreisbahn quasi herausgenommen und fliegen dann
Tim Pritlove: gerade in diesen Detektor rein.
Tim Pritlove: So und jetzt bin ich ein Proton, was da sozusagen angeschossen kommt.
Tim Pritlove: Mir kommt ein anderes, entsprechend anders herum geladenes Teilchen entgegen.
Tim Pritlove: Und durch ein Wunder treffe ich jetzt genau auf dieses Teilchen.
Tim Pritlove: Also nicht jedes Teilchen, was da durchfliegt, trifft auch auf eins,
Tim Pritlove: nehme ich mal an, viele fliegen aneinander vorbei.
Wolfgang Adam: Nachdem die starke Wechselwirkung eben stark ist, passiert praktisch bei jeder
Wolfgang Adam: Kreuzung etwas. Man muss natürlich dazu sagen, dass die Protonen nicht einzeln
Wolfgang Adam: im Beschleuniger fliegen, sondern sie kommen in Paketen.
Wolfgang Adam: Wir haben im Beschleuniger einige tausend Pakete von Protonen,
Wolfgang Adam: die knapp beisammen sind und dann größenordnungsmäßig
Wolfgang Adam: acht Meter wieder Pause oder in
Wolfgang Adam: Zeit ausgedrückt 25 Milliarden Sekunden und
Wolfgang Adam: dann kommt das nächste Protonpaket und um sich eine Vorstellung zu machen in
Wolfgang Adam: jedem dieser Pakete sind circa 100 Milliarden Protonen und das heißt diese beiden
Wolfgang Adam: de facto kreuzen sich diese beiden Pakete und es können sich da bei jeder Kreuzung,
Wolfgang Adam: können ein oder mehrere Protonkollisionen stattfinden und um die Intensität,
Wolfgang Adam: wir wollen natürlich möglichst viele Protonkollisionen sehen,
Wolfgang Adam: weil um unsere Physikzielsetzungen zu erreichen,
Wolfgang Adam: möchten wir einerseits möglichst hohe Energien erreichen, um möglicherweise
Wolfgang Adam: neue schwere Teilchen zu erzeugen und wir möchten möglichst hohe Intensität,
Wolfgang Adam: möglichst viele Protonkollisionen haben, weil wir Prozesse sehen wollen, die extrem selten sind.
Tim Pritlove: Aber zwei Pakete treffen quasi
Tim Pritlove: aufeinander. Jedes enthält 100 Milliarden Protonen, also Pi mal Daumen.
Tim Pritlove: Und wenn diese zwei Pakete von je 100 Milliarden Protonen aufeinander treffen,
Tim Pritlove: dann gibt es ein oder ein Paar Kollisionen?
Wolfgang Adam: Also die ursprüngliche Auslegung des LHC war typischerweise 25 gleichzeitige
Wolfgang Adam: Kollisionen zu haben. Jedes Mal, wenn es...
Tim Pritlove: Alle 25 Nanosekunden.
Wolfgang Adam: Ja, das ist nur zufällig dieselbe Zahl und inzwischen ist es dem Beschleuniger
Wolfgang Adam: gelungen die Intensität zu erhöhen.
Tim Pritlove: Durch eine höhere Verdichtung dieses Pakets.
Wolfgang Adam: Genau und letztes Jahr hatten wir typischerweise über 50 und dieses Jahr werden wir noch mehr haben.
Tim Pritlove: Aber die finden ja dann alle gleichzeitig statt, das heißt man beobachtet sie
Tim Pritlove: auch alle gleichzeitig.
Tim Pritlove: Ist das nicht eher ein Problem, wenn man zu viele gleichzeitig hat,
Tim Pritlove: weil dann muss man sie ja auch auseinander halten.
Wolfgang Adam: Das ist potenziell ein Problem natürlich und die Detektoren wurden darauf auch ausgelegt.
Wolfgang Adam: Man muss jetzt natürlich sagen, sie wurden auf die berühmten ca.
Wolfgang Adam: 25 ausgelegt und wir sind jetzt von mehr als einem Faktor 2 darüber.
Wolfgang Adam: Aber ja, sie finden gleichzeitig statt, aber die Zone, in der diese Kollisionen
Wolfgang Adam: stattfinden, erstreckt sich über plus minus 15 Zentimeter typischerweise.
Wolfgang Adam: Das heißt, diese Kollisionen finden nicht alle genau am selben Platz statt,
Wolfgang Adam: sondern sie sind etwas verteilt. Und wir können diesen Abstand verwenden,
Wolfgang Adam: um sie von einander zu unterscheiden.
Wolfgang Adam: Der zweite wichtige Aspekt ist, dass wir, wir suchen eben extrem seltene Prozesse,
Wolfgang Adam: in denen sehr viel Energie freigesetzt wird. Und das passiert bei Weitem nicht bei jeder Kollision.
Wolfgang Adam: Das heißt, aus den meisten Kollisionen werden wahrscheinlich nur wenige relativ
Wolfgang Adam: niederenergetische Teilchen entstehen.
Wolfgang Adam: Und eine, typisch maximal eine von diesen Kollisionen, wird ein Ereignis auslösen,
Wolfgang Adam: das uns interessiert und das wir messen wollen.
Wolfgang Adam: Dazu sollte man vielleicht auch sagen, dass eine der Herausforderungen ist,
Wolfgang Adam: dass der Detektor braucht, was wir ein Triggersystem nennen.
Wolfgang Adam: Das heißt wir brauchen ein System, das genau diese interessanten Kollisionen aussucht.
Wolfgang Adam: Weil die Gesamtzahl der Kollisionen,
Wolfgang Adam: man muss sich vorstellen, dass circa 30 Millionen mal pro Sekunde kreuzen sich
Wolfgang Adam: Pakete und der Detektor ist in der Lage diese 30 Millionen Fotos,
Wolfgang Adam: also er ist ausgelegt auf bis zu 40 Millionen Fotos pro Sekunde.
Wolfgang Adam: Aber das ist eine Datenmenge, die schwer zu handhaben wäre und in vielen dieser
Wolfgang Adam: Kollisionen passiert eben nichts, was uns interessieren würde.
Wolfgang Adam: Und deswegen brauchen wir ein System, das aus diesen 30 Millionen eine sieben wenige rausfiltert.
Wolfgang Adam: Und das ist eine ziemliche Herausforderung und das CMS hat sich früher entschieden
Wolfgang Adam: und das war technologisch zum Zeitpunkt der Auslegung des Experiments noch ein
Wolfgang Adam: bisschen auch eine Vorhersage oder eine Wette auf die zukünftige Entwicklung
Wolfgang Adam: von elektronischen Komponenten und Rechenleistung,
Wolfgang Adam: dass wir diese Auswahl in einem zweistufigen System machen.
Wolfgang Adam: Wir haben eine erste Stufe, das ist Elektronik, die sich unten nahe beim Detektor befindet.
Wolfgang Adam: Und diese Elektronik wird für jede Kollision ein paar Grunddaten bekommen über
Wolfgang Adam: Energie, die man im Detektor gesehen hat, die Anzahl zum Beispiel der Myonen
Wolfgang Adam: oder von Elektronen, die gesehen wurden.
Wolfgang Adam: Und aus diesen Daten kann sie sagen, ob wir dieses Foto behalten wollen oder nicht.
Wolfgang Adam: Und das muss geschehen in einigen Mikrosekunden.
Wolfgang Adam: Also die Elektronik hat einige Millionstel Sekunden Zeit, um für jedes Foto
Wolfgang Adam: zu sagen, wollen wir es behalten oder nicht.
Wolfgang Adam: Und nur wenn wir es behalten wollen, werden überhaupt alle Daten aus dem Detektor heraus transferiert.
Wolfgang Adam: Und wir können bis zu 100.000 pro Sekunde transferieren.
Wolfgang Adam: Das heißt, aus den ursprünglichen 30 Millionen pro Sekunde behalten wir mal
Wolfgang Adam: in dieser ersten Stufe 100.000 pro Sekunde.
Wolfgang Adam: Und in einem zweiten Schritt werden dann diese Daten, die aus dem Detektor gelesen
Wolfgang Adam: werden, werden an ein Computerzentrum transferiert, das wir auch vor Ort am Experiment haben.
Wolfgang Adam: Und dort können wir schon sozusagen eine beschleunigte Version der Auswerteprogramme
Wolfgang Adam: oder der ersten Stufe der Auswerteprogramme laufen lassen, die wir später dann verwenden auch.
Wolfgang Adam: Damit kann man natürlich sehr viel detaillierter nachsehen in allen Detektoren,
Wolfgang Adam: was passiert ist und eine viel detailliertere Analyse machen und deswegen auch genauer auswählen.
Wolfgang Adam: Und damit reduzieren wir dann die Rate von 100.000 auf einige Tausend pro Sekunde.
Wolfgang Adam: Das heißt von den 30 Millionen oder in der Größenordnung die Kreuzungen von
Wolfgang Adam: Paketen die im Detektor oder Fotos die im Detektor genommen werden,
Wolfgang Adam: behalten wir letztlich nur einige Tausend pro Sekunde. Junge Prosekunde.
Wolfgang Adam: Diese einigen tausend pro Sekunde, die werden dann permanent gespeichert und
Wolfgang Adam: das ist das, was für die Analyse nachher zur Verfügung steht.
Tim Pritlove: Das muss man ja auch erstmal in so ein Computersystem gespeichert bekommen.
Tim Pritlove: Das ist eine enorme Anforderung an die Geschwindigkeit, die da gestellt werden.
Tim Pritlove: Diese erste Filterung ist hier gar nicht so sehr eine qualitative Filterung,
Tim Pritlove: sondern mehr so ein Ranking und man nimmt dann sozusagen die hunderttausend,
Tim Pritlove: die man übertragen kann, Nimmt man dann alle, um dann in der zweiten Stufe erst
Tim Pritlove: auszusuchen, was für einen wertvoll ist oder ist es schon eine qualitative Auslesung?
Wolfgang Adam: Nein, nein. Das sind quantitative Kriterien und man kann, obwohl es nicht normale
Wolfgang Adam: CPUs sind, sondern Elektronikkomponenten.
Tim Pritlove: Also quantitativ im Sinne von wie viele Spuren?
Wolfgang Adam: Wir können zum Beispiel verlangen, dass wir zwei Myonen übersehen,
Wolfgang Adam: die über einer gewissen Energie liegen.
Tim Pritlove: Okay, also auch schon mit einer, ich meine jetzt qualitativ im Sinne von was sehen wir?
Tim Pritlove: Also das wird auch schon berücksichtigt in dieser ersten Frage.
Wolfgang Adam: Genau, welche Arten von Teilchen haben wir gesehen, in welcher Zahl, bei welcher Energie.
Wolfgang Adam: Wir könnten auch auswählen, dass diese zwei Teilchen in gegengesetzte Richtungen geflogen sind.
Wolfgang Adam: Und da können wir einige hundert Kriterien definieren, die all diese Größen kombinieren.
Wolfgang Adam: Und wenn mindestens eines dieser Kriterien erfüllt ist, dann würden wir dieses Event auswählen.
Tim Pritlove: Wenn es so schnell laufen soll, dann ist das schon so optimierte Hardware,
Tim Pritlove: wo die Software dann voll in die Hardware eingebrannt ist und das voll beschleunigt?
Wolfgang Adam: Das sind FPGAs, das heißt das ist Elektronik, die programmierbar ist,
Wolfgang Adam: aber nicht programmierbar wie in dem.
Tim Pritlove: Also damit das wirklich sehr schnell abläuft, weil das wäre jetzt für eine normale CPU zu schnell.
Tim Pritlove: Alright, ja okay gut. Das ist also der Vorgang. Jetzt stellt sich natürlich
Tim Pritlove: die Frage, wie funktioniert der Detektor eigentlich genau.
Tim Pritlove: Klar kann man ja sagen, das haben wir ja in Muon gesehen, das muss man ja auch
Tim Pritlove: erstmal sehen. Und wir hatten das im Prinzip, wir haben das auch schon,
Tim Pritlove: als wir über Alice gesprochen haben, im Prinzip folgt das ja dem ähnlichen Modell.
Tim Pritlove: Es geht einfach darum, durch diese magnetische Ablenkung, die durch diesen großen
Tim Pritlove: Spulenmagneten hergestellt wird,
Tim Pritlove: also sozusagen die ganzen Teilchen quasi in ihrer Ausbreitung,
Tim Pritlove: in ihrer Abstrahlung irgendwie versucht, wieder in den Griff zu kriegen und
Tim Pritlove: eben dieses starke Magnetfeld braucht, weil eben die Energien so hoch sind, die dort stattfinden.
Tim Pritlove: Die wollen halt einfach irgendwo hinschießen und der Magnet sagt so, so nicht.
Tim Pritlove: Ja, ich krümm dich jetzt mal hier so ein bisschen weg.
Tim Pritlove: Und durch diese Krümmung, die man beobachtet,
Tim Pritlove: dann ist es ja quasi so das Rennen zwischen Energie des Teilchens und deren
Tim Pritlove: Richtung kämpft gegen das Magnetfeld Und daraus ergibt sich halt so eine Spurenkurve,
Tim Pritlove: der man dann eben quasi nachsehen kann.
Tim Pritlove: Okay, alles klar, wenn du so schnell unterwegs bist, weil die Zeit kann ich
Tim Pritlove: ja messen, und dann diese Kurve machst, dann musst du sonst so schwer sein,
Tim Pritlove: also bist du wahrscheinlich das und das Teilchen.
Tim Pritlove: Und wie misst jetzt CMS diese...
Tim Pritlove: Funktioniert das genauso wie bei ALICE oder kommt hier eine ganz andere Technologie zu?
Wolfgang Adam: Nein, wir verwenden andere Technologien. Wir verwenden eine Technologie,
Wolfgang Adam: die ALICE auch in den ganz innersten Tonen verwendet.
Wolfgang Adam: Das sind Siliziumdetektoren, das sind Pal-Beta-Detektoren.
Wolfgang Adam: Man muss sich vorstellen, das sind ganz dünne Scheiben von Silizium,
Wolfgang Adam: das speziell präpariert wird.
Wolfgang Adam: Im Wesentlichen ist die Idee dieselbe wie die Sensoren in einer Kamera.
Wolfgang Adam: Das heißt, das Silizium kann Lichtteilchen im Fall der Kamera oder geladene
Wolfgang Adam: Teilchen wie Myonen oder andere Teilchen in unserem Fall registrieren,
Wolfgang Adam: wenn diese Teilchen durch das Silizium durchlaufen.
Tim Pritlove: Also quasi so CCDs, Charge Coupled Devices, sind das ja in der Kamera, als Ladung.
Wolfgang Adam: Aber in unserem Fall sind es keine CCDs, weil die CCDs viel zu langsam werden.
Wolfgang Adam: Weil eines der Grundprinzipien des Detektors ist natürlich, wie gesagt,
Wolfgang Adam: wir haben einen 25 Milliardstel Sekunden Abstand zwischen zwei Kollisionen.
Wolfgang Adam: Und das heißt, alle Detektoren müssen schnell genug ein Signal liefern,
Wolfgang Adam: um zwei Kollisionen unterscheiden zu können. Und das ginge bei CCDs nicht.
Wolfgang Adam: Und das heißt, de facto, was wir haben, ist Silizium. Und auf dem Silizium sind
Wolfgang Adam: Strukturen, Elektrodenstrukturen aufgebracht.
Wolfgang Adam: Und das sind entweder Streifen oder kleine Rechtecke.
Wolfgang Adam: Und jeder dieser Streifen und
Wolfgang Adam: jedes dieser Rechtecke hat seine eigene Verstärkung und Datenübertragung.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir haben im Moment knappe 100 Millionen de facto aktive Elemente, so Streifen oder...
Wolfgang Adam: Und jedes dieser Elemente wird gleichzeitig ausgelesen. Das ist eben der Unterschied zur Kamera.
Wolfgang Adam: Und das ermöglicht einerseits eine sehr hohe Präzision.
Wolfgang Adam: Das heißt, die Präzision der innersten Lagen ist besser als 10 Millionsilometer.
Wolfgang Adam: Das heißt, das ist kleiner, dünner als ein Haar.
Wolfgang Adam: Hinaus nimmt es dann etwas zu, aber es ist immer noch in dieser Größenordnung. 10, 20, 30 Mikrometer.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir haben eine Serie.
Wolfgang Adam: Diese Detektoren sind in Schichten angeordnet. Das heißt, im Zentraldetektor
Wolfgang Adam: sind das Zylinder. Das heißt, es ist jeweils eine zylindrische Schicht,
Wolfgang Adam: und die ist mit Detektoren, mit diesen dünnen Platten, vollgepflastert.
Wolfgang Adam: Und eine Schicht kommt nach der anderen.
Tim Pritlove: Wie viele Schichten sind es dann?
Wolfgang Adam: Wir haben insgesamt im Moment, also im Zentralteil würde ein Teilchen 14 Schichten
Wolfgang Adam: durchlaufen und das heißt jede Schicht würde eine sehr sehr präzise Messung des Ortes.
Tim Pritlove: Und der Abstand zwischen den Schichten ist konstant?
Wolfgang Adam: Nein, der Abstand vergrößert sich nach außen.
Tim Pritlove: Was ist der kleinste und was ist der größte Abstand?
Wolfgang Adam: Der kleinste Abstand ist also Zentimeterbereich, 2 Zentimeter und nach außen
Wolfgang Adam: wird es größer, 10 Zentimeter Größenordnung.
Wolfgang Adam: Also der ganze Detektor, um sich das vorzustellen, geht bis zu einem Radius
Wolfgang Adam: von knapp über einem Meter.
Wolfgang Adam: Also knapp einen Meter von der Wechselwirkungszone, von der Kollisionszone entfernt.
Wolfgang Adam: Und mit diesen 14 Punkten, die kann man dann sozusagen verbinden und aus der
Wolfgang Adam: Verbindung dieser 14 Punkte sieht man dann diese berühmte Spur.
Tim Pritlove: Genau, wo man dann Ort und Zeit hat, überall wo das Zeichen steht.
Wolfgang Adam: In unserem existierenden Detektor messen wir die Zeit nicht explizit.
Wolfgang Adam: Der Detektor ist so ausgelegt, dass er optimiert ist, jeweils für eine bestimmte
Wolfgang Adam: Kollision die Teilchen zu sehen. Aber wir messen die Zeit nicht explizit.
Wolfgang Adam: Wir werden das in der nächsten Generation von CMS machen, aber im derzeitigen
Wolfgang Adam: Detektor ist das nicht notwendig.
Wolfgang Adam: Was man da vielleicht auch erwähnen könnte, ist, dass man diese Punkte zu einer
Wolfgang Adam: Linie, also zu einem Kreis, wenn man so will, verbinden muss.
Wolfgang Adam: Die Komplexität ist natürlich, dass wir eben hunderte oder in Kollisionen von
Wolfgang Adam: Kernen tausende Teilchen haben,
Wolfgang Adam: die da fliegen und jedes dieser Teilchen hinterlässt natürlich Punkte in dem
Wolfgang Adam: Detektor und die ja je nachdem welcher Punkt oder Streifen getroffen wurde Und es ist natürlich,
Wolfgang Adam: diese Punkte haben kein Etikett, das sagen würde, ich bin von diesem Teich hingekommen.
Tim Pritlove: Deswegen dachte ich ja, dass die Zeit ein wichtiger Faktor ist.
Wolfgang Adam: Nein, weil die Zeiten, die Teilchen laufen ja fast bei derselben Zeit,
Wolfgang Adam: weil sie wurden zur selben Zeit produziert und fliegen dann de facto mit Lichtgeschwindigkeit hinaus.
Wolfgang Adam: Und das heißt man hat ein Problem jeweils Punkte einem Teilchen zuzuordnen und
Wolfgang Adam: das ist ein ziemlich großer Rechenaufwand.
Wolfgang Adam: Also wenn man ein Foto sehen würde, an dem einfach die Punkte aufgetragen sind,
Wolfgang Adam: würde man mit freiem Auge nichts erkennen.
Wolfgang Adam: Das heißt es gibt Algorithmen, die dann eben die Punkte verbinden und das klassifizieren
Wolfgang Adam: in Teilchen und dann für jedes Teilchen aus der Krömung eben den Impuls,
Wolfgang Adam: die Energie ausrechnen.
Tim Pritlove: Kann man dabei Fehler machen?
Wolfgang Adam: Natürlich. Es gibt natürlich Fehler, aber die Algorithmen sind eben so entwickelt
Wolfgang Adam: worden, um diese Fehler sehr gering zu halten, so gering zu halten,
Wolfgang Adam: dass sie de facto die letztlichen Messungen nicht beeinflussen.
Tim Pritlove: Also Teilchen trifft auf, Kollision findet statt,
Tim Pritlove: all das was dort aufeinander trifft wird dann eben in seine elementaren Teilchen
Tim Pritlove: zerschmettert und die machen sich dann auf die Reise,
Tim Pritlove: fliegen los und entweder streifen sie halt selber unmittelbar dann eine dieser
Tim Pritlove: Schichten Oder auf dem Weg zerteilt sich eben dieses Teilchen nochmal in andere,
Tim Pritlove: also von wegen Elementarteilchen, wenn es sich dann doch noch in andere Teilchen
Tim Pritlove: verwandelt, kann es ja so elementar auch wieder nicht sein.
Tim Pritlove: Egal, auf jeden Fall das findet statt und man hat es also bei jeder Kollision
Tim Pritlove: mit einer Vielzahl von Durchschlagungspunkten zu tun,
Tim Pritlove: also zumindest in diesem inneren 14 Schichten Bereich,
Tim Pritlove: die man dann eben per Software wieder zueinander zuordnen und sagt okay,
Tim Pritlove: wenn das da war, das da war, dann gehört das wahrscheinlich zusammen und dann
Tim Pritlove: ist das die daraus resultierende Bahn und aus dieser Bahn kann ich dann wiederum errechnen,
Tim Pritlove: okay was war das jetzt mit welcher Energie und damit weiß ich auch die Masse
Tim Pritlove: und wenn man die Masse weiß, dann weiß man um was für ein Teilchen es sich gehandelt hat.
Wolfgang Adam: Und wie gesagt, worüber diese Siliziumdetektoren, das ist dieser erste Teil
Wolfgang Adam: des Detektors, von dem ich vorhin gesprochen habe, das heißt dieser Teil des
Wolfgang Adam: Detektors, der möglichst leicht gebaut werden soll.
Tim Pritlove: Aber diese Phase reicht auch schon für die Klassifikation der Teilchen aus? Nein, noch nicht.
Wolfgang Adam: Nein, weil wir eben...
Wolfgang Adam: Die Information aus mehreren Detektoren kombinieren wollen.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir haben so ein Teilchen, ein geladenes Teilchen,
Wolfgang Adam: das läuft durch den Detektor durch, wir messen die Punkte, wir verfolgen seine
Wolfgang Adam: Spur und dann wird es in den nächsten Detektor übergehen, eben in dieses Kalorimeter,
Wolfgang Adam: wo sehr viel Material ist, in dem das Teilchen de facto seine ganze Energie abgeben kann.
Wolfgang Adam: Das ist dann eine ganz andere Technologie.
Wolfgang Adam: Im Fall von CMS verwenden wir dabei Kristalle.
Wolfgang Adam: Das ist Blei-Wolframat.
Wolfgang Adam: Das sind sehr, sehr transparente Kristalle, die aber de facto die Dichte von Blei haben.
Wolfgang Adam: Das heißt, eine sehr große Dichte. Man stellt sehr viel Material entgegen,
Wolfgang Adam: um eben diese Schauer, diese Lawinen möglichst kurz zu halten.
Wolfgang Adam: Und Teilchen, besonders Elektronen oder Photonen, die dort in diese Kristalle
Wolfgang Adam: hineinlaufen, die werden den Kristall anregen und es wird Licht ausgesendet,
Wolfgang Adam: Stintillationslicht ausgesendet.
Wolfgang Adam: Das Licht wird im Kristall, der sehr transparent ist, weiterlaufen und jeder
Wolfgang Adam: von diesen circa 80.000 Kristallen hat dann hinten am Kristall einen Detektor, der Licht messen kann.
Wolfgang Adam: Und aus der Menge des Lichts, das dieser Detektor hinten am Kristall misst,
Wolfgang Adam: kann man dann rückschließen, wie viel Energie sozusagen dort deponiert wurde.
Wolfgang Adam: Und das heißt, man kann diese Messung mit der Messung aus dem Siliziumdetektor kombinieren.
Wolfgang Adam: Dieser Kristalldetektor ist auch notwendig, weil der Siliziumdetektor wird nur
Wolfgang Adam: elektrisch geladene Teilchen sehen.
Wolfgang Adam: Das heißt neutrale Teilchen, wie zum Beispiel Photonen, Lichtteilchen,
Wolfgang Adam: werden im Siliziumdetektor nicht gesehen.
Wolfgang Adam: Die werden erst dann in diesem Kristallteil gesehen werden.
Tim Pritlove: Also wenn diese Kalorimeter, die dann auch die Endstation darstellen für die
Tim Pritlove: auseinanderfliegenden Teilchen.
Tim Pritlove: Wenn die jetzt zuverlässig aber eingefangen werden sollen, dann muss ja im Prinzip
Tim Pritlove: eine riesige, vollständige, den kompletten zentralen Teil umschließende Schicht sein.
Wolfgang Adam: Das ist genau die Grundkonzeption. Wir wollen natürlich möglichst alle Teilchen
Wolfgang Adam: messen, die aus der Kollision entstehen. Das heißt wir möchten den Kollisionspunkt
Wolfgang Adam: eigentlich möglichst hermetisch umschließen.
Wolfgang Adam: Das ist nicht vollständig möglich, weil wir… Man muss ja auch mal ran, ne?
Wolfgang Adam: Naja, der Beschleuniger, die Beschleunigerröhre muss natürlich durchlaufen.
Wolfgang Adam: Das heißt, dort per Definition können keine Detektoren stehen,
Wolfgang Adam: aber wir versuchen den Rest möglichst abzudecken.
Wolfgang Adam: Und wie gesagt, nachdem wir mehrere Lagen verschiedene Detektoren brauchen,
Wolfgang Adam: sind die so angeordnet, dass ein Teilchen eben, egal in welche Richtung es läuft,
Wolfgang Adam: immer dieselbe Sequenz von Detektortypen durchläuft.
Wolfgang Adam: Und man könnte sich jetzt naiv vorstellen, dass man eine Kugel baut,
Wolfgang Adam: Aber das ist aus mechanischen, Wartungs- und ähnlichen Gründen nicht sehr praktisch.
Wolfgang Adam: Das heißt, die meisten dieser Experimente an Beschleunigern,
Wolfgang Adam: an Speicherringen wie dem LAC, haben einen zylindrischen Aufbau.
Wolfgang Adam: Das heißt, man hat einen zentralen Zylinder, in dem man eine zylindrische Lage nach der anderen hat.
Wolfgang Adam: Und das wird dann abgeschlossen durch Endkappen, also großen kreisförmigen Strukturen,
Wolfgang Adam: wo dieselbe Sequenz, aber linear von der Mitte nach außen, nach links und nach rechts geht.
Wolfgang Adam: Vorkommt und dadurch kann man den Detektor relativ leicht öffnen,
Wolfgang Adam: weil man kann diese Endcaps, wie wir es sagen, diese kreisförmigen Strukturen
Wolfgang Adam: vom Zentralteil entfernen und dann ins Innere des Detektors kommen.
Wolfgang Adam: Aber durch diesen Aufbau kann man garantieren, dass dieselbe Sequenz von Detektoren
Wolfgang Adam: von jedem Teich entgegen ist.
Tim Pritlove: Das heißt, diese Kalorimeter, dieser Zylinder ist sozusagen komplett mit diesem
Tim Pritlove: Blei, was war das für eine Verbindung?
Tim Pritlove: Genau mit diesen Kristallen beschichtet und messen kann man das dann,
Tim Pritlove: also das ist dann diese Sintillation, also das ist sozusagen so ein Lichteffekt
Tim Pritlove: der dabei dann entsteht.
Wolfgang Adam: Genau es wird Licht erzeugt im Kristall und dieses Licht wird gemessen.
Tim Pritlove: Okay also im Prinzip ist es dann letzten Endes ein optisches Messgerät,
Tim Pritlove: was eigentlich das Licht misst.
Wolfgang Adam: Misst die Quantität von Licht die aus dem Kristall kommt.
Tim Pritlove: Okay, gut. Und das tut es mit welcher Auflösung dann wiederum?
Tim Pritlove: Also man kann ja nicht jeden Punkt beobachten.
Wolfgang Adam: Ja, wie gesagt, über die ganze Fläche. Wir haben jetzt hier 80.000 Kristalle.
Wolfgang Adam: Man muss sich vorstellen, die Kristalle sind so längliche Gebilde mit einem
Wolfgang Adam: quadratischen Querschnitt von einigen Zentimetern.
Tim Pritlove: Okay, also 80.000 Kalometer.
Wolfgang Adam: Also die Größe ist dadurch bestimmt, dass die Schauer eine gewisse Ausdehnung
Wolfgang Adam: in der Tiefe, aber auch in der Breite haben.
Wolfgang Adam: Und es ist sinnlos, die Detektoren sozusagen sehr viel kleiner zu machen als
Wolfgang Adam: die Breite des Schauers. Das war die ursprüngliche Idee.
Wolfgang Adam: Das bestimmte die Zahl der Kristalle.
Wolfgang Adam: Und das ist der erste Teil des Kalorimeters. Und in diesem Teil,
Wolfgang Adam: der genügt, um de facto alle Teilchen zu stoppen, die elektromagnetisch wechselwirken,
Wolfgang Adam: also wir sind Elektronen und Photonen.
Wolfgang Adam: Und andere Teilchen, Hadronen, die erzeugen größere Schauer und wir brauchen
Wolfgang Adam: einen zweiten Kalorimeterteil dahinter.
Tim Pritlove: Also die durchschlagen sozusagen auch noch diesen ersten Teil.
Wolfgang Adam: Genau, die würden zwar einen Schauer beginnen im ersten Teil,
Wolfgang Adam: aber der Schauer wäre so tief, dass er aus diesen Kristallen heraustritt und hinten raustritt.
Tim Pritlove: Ohne einen Lichteffekt zu erzeugen?
Wolfgang Adam: Nein, es wird Licht erzeugt, aber das Problem ist, dass nicht der gesamte Schauer
Wolfgang Adam: enthalten sein wird in den Kristallen.
Wolfgang Adam: Das geht danach weiter und dann haben wir einen zweiten Teil.
Wolfgang Adam: Das beruhigt wieder auf dem Prinzip, dass wir dem Teilchen möglichst viel Material entgegenstellen.
Wolfgang Adam: Aber in dem Fall ist das Messing.
Wolfgang Adam: Es ist sozusagen ein Sandwich von Messing und wieder Zintillatoren.
Wolfgang Adam: Zintillatoren, das ist ein Plastikmaterial und dort ist wieder dieselbe Idee.
Wolfgang Adam: In dem Plastikmaterial entsteht Licht und man misst das Licht am Ende des Elements
Wolfgang Adam: und aus der Quantität des Lichts schließt man.
Tim Pritlove: Das ist also auch nochmal so eine zylindrische Struktur.
Wolfgang Adam: Das generiert wieder eine zylindrische Struktur, die eben außerhalb des,
Wolfgang Adam: die nächste Lage darstellt nach diesen Kristallen.
Wolfgang Adam: Und wie viele Detektoren sind das dann?
Wolfgang Adam: Das ist in großen Modulen strukturiert. Also wir haben einige hundert von den
Wolfgang Adam: großen Modulen, aber in jedem Modul gibt es Glasfasern, die Teile des Moduls messen.
Tim Pritlove: Ja, also ist das dann so wie bei dem ersten Zylinder, so 80.000 in der Größenordnung?
Wolfgang Adam: Es ist in der Größenordnung. In diesem Teil braucht man etwas weniger Genauigkeit.
Wolfgang Adam: Das heißt, man muss nicht so feine Elemente haben.
Tim Pritlove: Gut, nur mal so ein Gefühl für die Datenpunkte zu bekommen, wie viel das so ist.
Wolfgang Adam: Und dann gibt es einen...
Tim Pritlove: Gibt es noch Teilchen, die diese Schicht dann auch noch überwinden können?
Wolfgang Adam: Genau, dann gibt es die berühmten Myonern, die diese Schicht überwinden können.
Tim Pritlove: Ah ja, okay, jetzt wird es spannend.
Wolfgang Adam: Diese Myonen sind eingelagert, diese Detektoren sind eingelagert in dieses Rückflussjoch.
Wolfgang Adam: Also ich habe davon gesprochen, dass wir das Magnetfeld sozusagen im Detektor
Wolfgang Adam: zu halten, haben wir diese Stahlkonstruktion, die rundherum geht.
Wolfgang Adam: Und in diese Stahlkonstruktion sind eingelagert, in Spalten in der Stahlkonstruktion
Wolfgang Adam: sind Myonkammern eingelagert. Und in dem Fall sind das Gasdetektoren.
Wolfgang Adam: Das sind Detektoren, Schichten mit verschiedenen Technologien,
Wolfgang Adam: die mit einem Gas gefüllt sind.
Wolfgang Adam: Wenn Teilchen durch das Gas durchlaufen, dann ionisieren sie Atome in dem Gas
Wolfgang Adam: und man kann diese Ladungen durch elektrische Felder bewegen und dann messen.
Wolfgang Adam: Diese Detektoren werden elektronisch ausgelesen, also de facto die Bewegung
Wolfgang Adam: dieser Ladungen der Elektronen und der positiven Ionen, die dabei entstehen,
Wolfgang Adam: die erzeugen elektrische Signale auf Elektroden und die werden dann ausgelesen.
Wolfgang Adam: Dort ist es eben wichtig, dass wir mit vernünftigen Kosten eine sehr,
Wolfgang Adam: sehr große Fläche abdecken können, In diesem Prinzip, dass eine Lage nach der
Wolfgang Adam: anderen kommt, natürlich je weiter man nach außen kommt, desto größer wird die
Wolfgang Adam: Fläche, die man abdecken muss. Gleichzeitig ist die,
Wolfgang Adam: ist die Genauigkeit, die man dort erzielen muss, geringer.
Wolfgang Adam: Das heißt, dort genügt uns ein Zehntel Millimeter oder etwas weniger.
Wolfgang Adam: Und der Grund dafür ist, dass die Myonen, bis sie in diese Lage kommen,
Wolfgang Adam: haben sie schon viel Material durchlaufen. Das Material wird sie zwar nicht
Wolfgang Adam: stoppen, aber es wird leichte Ablenkung an der Bahn verursachen.
Wolfgang Adam: Und das heißt, es ist sinnlos genauer zu messen als die typische Größenordnung
Wolfgang Adam: dieser Ablenkung der Bahn.
Wolfgang Adam: Zu den Myonen möchte ich vielleicht noch sagen, dass im Prinzip,
Wolfgang Adam: so wie die CMS konzipiert wurde, um die Myoner zu messen, um zu wissen,
Wolfgang Adam: dass es ein Myon ist, brauchen wir dieses Signal in den äußersten Detektorschichten.
Wolfgang Adam: Aber die genaue Messung der Energie des Muons wird in CMS gemacht,
Wolfgang Adam: dass wir den inneren Siliziumdetektor mit den Informationen aus diesen Muonsdetektoren verbinden.
Tim Pritlove: Das erklärt jetzt auch warum dieser Muon, also warum das auch im Namen drinsteckt.
Tim Pritlove: Weil es sozusagen ein Element in diesem großen Magnet mit drin ist und von daher
Tim Pritlove: sozusagen so ein Major Design Prinzip darstellt sozusagen und nicht einfach
Tim Pritlove: nur so ein bisschen Gerät, was man noch in die Mitte reingeworfen hat.
Tim Pritlove: Also dieser Teilchen zu diesem Standardmodell ist ja wirklich...
Tim Pritlove: Das kann ja sehr verwirrend sein. Was wir ja die ganze Zeit angerissen haben mit diesen Myonen.
Tim Pritlove: Es gibt ja in diesem Standardmodell Klassifizierungen auf unterschiedlichen Dimensionen.
Tim Pritlove: Wenn man erstmal generell so diese Quarks und Leptoden unterscheidet,
Tim Pritlove: also das was sozusagen Protonen im wesentlichen baut sind die Quarks und der
Tim Pritlove: Rest sind eben die Elektronen und Verwandte sozusagen.
Tim Pritlove: Gibt es ja das dann alles noch dreimal.
Tim Pritlove: Alles ist irgendwie dreimal vorhanden, hat dann andere Namen,
Tim Pritlove: ähnliche Namen und warum es das jetzt alles dreimal gibt, weiß man nicht so
Tim Pritlove: richtig und es gibt es dreimal, weil es dann unterschiedliche Massen hat.
Wolfgang Adam: Das ist ganz klar eine der großen unbeantworteten Fragen in der Teilchenphysik,
Wolfgang Adam: dass man im Moment keine Erklärung hat, warum es drei Generationen sein sollten.
Wolfgang Adam: Diese Teilchen haben exakt die gleichen Eigenschaften, nur die Masse ist unterschiedlich. Genau.
Tim Pritlove: Das heißt dieses Myon, von dem wir jetzt die ganze Zeit reden,
Tim Pritlove: um das mal ein bisschen bekannter zu machen, ist eigentlich in seinem Wesen ein Elektron.
Tim Pritlove: Es ist nur sehr viel schwerer als ein Elektron.
Tim Pritlove: In welchem Faktor ist das schwerer, sehr viel schwerer?
Wolfgang Adam: 200 Faktor, 1000, 2000, ca.
Wolfgang Adam: 2000. Ca. 2000 sind 500 Kiloelektronvolt und 100 Megelektronvolt.
Tim Pritlove: Ja, wie auch immer. Auf jeden Fall ist sehr viel schwerer, aber ist ansonsten wie so.
Tim Pritlove: Warum gibt's da, also das wissen wir nicht, aber warum ist man da jetzt so drauf abgefahren?
Wolfgang Adam: 200 Stimmen.
Tim Pritlove: Genau, aber es gibt ja auch noch ein drittes, was dann nochmal extrem viel schwerer
Tim Pritlove: ist, das ist dann das Tauon.
Wolfgang Adam: Genau, das Tauon oder Taulepton.
Tim Pritlove: Das sieht man aber nicht.
Wolfgang Adam: Oh ja, das produzieren wir ebenfalls.
Tim Pritlove: Kann das auch detektiert werden?
Wolfgang Adam: Natürlich, wir detektieren das. Das einzige Problem, es ist schwerer zu detektieren,
Wolfgang Adam: das Elektronen und Myonen, weil es nämlich relativ instabil ist.
Wolfgang Adam: Elektronen sind stabile Teilchen, da gibt es kein Problem.
Wolfgang Adam: Myonen zerfallen, aber die Lebensdauer eines Myons ist so groß,
Wolfgang Adam: dass sie auf jeden Fall den Detektor verlassen werden, bevor sie zerfallen.
Wolfgang Adam: Dagegen haben Daunen, eben weil sie schwer sind, eine relativ kurze Lebenszeit.
Wolfgang Adam: Und das heißt, die würden schon in den ersten Zentimetern des Detektors zerfallen.
Wolfgang Adam: Das heißt wir werden kein Dow-Lapton als solches durch den Detektor fliegen sehen,
Wolfgang Adam: sondern das Dow-Lapton kann in verschiedene Konfigurationen zerfallen und um
Wolfgang Adam: die Dow-Laptonen zu identifizieren müssen wir eben die Sekundärteilchen,
Wolfgang Adam: in die das Dow-Lapton zerfallen ist, identifizieren.
Tim Pritlove: Also man weiß schon, dass es da war, aber man sieht es nicht als sollte so.
Wolfgang Adam: Es ist schwieriger zu sehen, ja.
Tim Pritlove: Ok, verstehe. Und warum ist man dann jetzt so scharf drauf?
Tim Pritlove: Also was kann man, was meint man oder was kann man denn sozusagen daraus ableiten,
Tim Pritlove: dass jetzt sozusagen dieses Myon da ist?
Wolfgang Adam: Ja, wie gesagt, eine direkte Erklärung, warum es eben diese drei Generationen gibt, haben wir nicht.
Wolfgang Adam: Aber das, wie gesagt, unser derzeitiges Standardmodell,
Wolfgang Adam: mathematisches Modell, mit dem wir die Teilchen und die Kräfte zwischen den
Wolfgang Adam: Teilchen beschreiben, setzt eben voraus, dass sich diese drei Generationen gleich
Wolfgang Adam: verhalten, bis auf die Masse.
Wolfgang Adam: Und das ist zum Beispiel ein interessanter Teil des Forschungsgebietes,
Wolfgang Adam: um zu überprüfen, möglichst gut zu überprüfen, ob das wirklich der Fall ist.
Wolfgang Adam: Weil wenn es nicht der Fall wäre, das würde das Ansatz geben,
Wolfgang Adam: um neue Theorien zu entwickeln.
Wolfgang Adam: Und deswegen, das ist natürlich ein Grund, sie zu messen. Der andere Grund,
Wolfgang Adam: sie zu messen, ist, dass es einfach zusätzliche Möglichkeiten gibt,
Wolfgang Adam: um andere Teilchen zu vermessen oder zu entdecken.
Wolfgang Adam: Weil sehr oft, eben dadurch, dass die Elektronen Myon und Olepton dieselben
Wolfgang Adam: Eigenschaften haben, kann ein Teilchen, das in Elektronen zerfallen kann oder
Wolfgang Adam: in Myonen zerfallen kann, auch in die jeweils anderen Teilchen zerfallen.
Wolfgang Adam: Das heißt, wir können dieses zerfallende Teilchen genau untersuchen.
Wolfgang Adam: Wir haben mehr Möglichkeiten, wenn wir alle drei Zerfallsmodi untersuchen.
Tim Pritlove: Old Myon spielt auch eine Rolle bei der Detektion des Higgs-Bosons?
Wolfgang Adam: Zum Beispiel, ja.
Wolfgang Adam: Genau, das Higgs-Boson kann in sehr viele unterschiedliche Arten zerfallen.
Wolfgang Adam: Und eine dieser Arten ist, dass es de facto zuerst in zwei Z-Posonen,
Wolfgang Adam: das sind die Vermittler der schwachen Wechselwirkung übrigens, zerfällt.
Wolfgang Adam: Und diese Posonen können dann wieder in Leptonen zerfallen, zum Beispiel.
Wolfgang Adam: Auch in Quarks, aber sie können auch in Leptonen zerfallen.
Wolfgang Adam: Und sie können zum Beispiel in zwei Myonen zerfallen. Es könnte jedes dieser
Wolfgang Adam: zwei Z-Posonen dann in zwei Myonen zerfallen.
Wolfgang Adam: Und warum uns das besonders interessiert, ist einfach, weil wir die Myonen,
Wolfgang Adam: das ist wirklich das Objekt, das wir am besten messen können.
Wolfgang Adam: Sie können auch in Detektoren zerfallen, andere Teilchen, aber der Zerfall in
Wolfgang Adam: insgesamt vier Myonen ist das, was wir normalerweise einen goldenen Kanal nennen.
Wolfgang Adam: Das heißt, das ist wirklich die Art und Weise, die wir am besten messen können.
Tim Pritlove: Ah ja, okay, verstehe.
Wolfgang Adam: Voraussetzung ist natürlich, dass wir alle vier Myonen in einer Zone des Detektors
Wolfgang Adam: sind, die wir sehen können.
Wolfgang Adam: Und warum ist es wichtig, dass man die so genau messen kann,
Wolfgang Adam: ist, weil wir dann aus den, wenn wir die Energien und Richtungen der Virmionen
Wolfgang Adam: bestimmen, können wir zurückrechnen, die Masse des Teilchens, die zerfallen ist.
Wolfgang Adam: Das ist, wie wir überhaupt versuchen, typischerweise neue Teilchen zu finden.
Wolfgang Adam: Es gibt Energiehaltung, d.h. wenn ein schweres Teilchen zerfällt,
Wolfgang Adam: muss die Masse, also Masse und Energie der Zerfallsprodukte,
Wolfgang Adam: aus denen kann man wieder die Masse des ursprünglichen Teilchens zurückrechnen.
Wolfgang Adam: Und man sollte sagen, am LHC, wir haben immer sehr viel...
Wolfgang Adam: Untergrund. Das heißt, wir suchen ein bestimmtes Ereignis, einen bestimmten
Wolfgang Adam: Typ von Ereignis, aber es gibt immer andere Prozesse, die etwas Ähnliches produzieren.
Wolfgang Adam: Aber dadurch, dass wir diese Masse rekonstruieren können, ist dieser Untergrund,
Wolfgang Adam: der ist normalerweise einfach zufällig verteilt.
Wolfgang Adam: Und wenn es wirklich ein neues Teilchen ist, wie das X-Boson im Jahr 2012,
Wolfgang Adam: dann sehen wir, dann werden die berechneten Massen, werden immer dort an der
Wolfgang Adam: echten Masse des neuen Teilchens sitzen.
Wolfgang Adam: Das heißt, wenn wir das ansehen, dann gibt es eben diesen Untergrund,
Wolfgang Adam: der verteilt ist und über diesem Untergrund werden wir beginnen ein Signal zu
Wolfgang Adam: sehen, dass auf einer bestimmten Stelle immer mehr Ereignisse sind,
Wolfgang Adam: die genau diesen Wert haben.
Wolfgang Adam: Das ist wie das X-Boson gefunden wurde und das ist auch die Methode,
Wolfgang Adam: um nach anderen Teilchen zu suchen.
Tim Pritlove: Genau, weil am Ende ist es ja alles eine statistische Betrachtung,
Tim Pritlove: jede Kollision ist anders, immer wieder passiert irgendwas,
Tim Pritlove: aber mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit passieren halt bestimmte Dinge
Tim Pritlove: häufiger und wenn man das dann eben einfach über Wochen,
Tim Pritlove: Monate und Milliarden an Beobachtungen zusammensummiert und plottet,
Tim Pritlove: dann entstehen halt diese Grafiken, wo so eine kleine Spitze ist,
Tim Pritlove: die halt so einen ganzen Raum voller Wissenschaftler total zum Schreien bringen,
Tim Pritlove: weil das dann einfach total irre ist.
Tim Pritlove: Und alle anderen fragen sich nur so, was passiert hier eigentlich gerade?
Tim Pritlove: Aber das kennt man ja auch aus anderen Sportarten. Also Leute,
Tim Pritlove: die mit Fußball nichts zu tun haben, wundern sich ja dann auch mal wieder,
Tim Pritlove: was die anderen alle so begeistert.
Wolfgang Adam: Ja, aber etwas zu finden, was man 60 Jahre lang gesucht hat,
Wolfgang Adam: das kann etwas Begeisterung auslösen. Genau.
Tim Pritlove: Jetzt kommen wir vielleicht so langsam zum Ende und die große Frage ist ja halt immer,
Tim Pritlove: wie kann das alles dazu beitragen jetzt auch wirklich was neues zu finden und
Tim Pritlove: vielleicht neu ist ja dann auch immer so ein dehnbarer Begriff,
Tim Pritlove: also das Higgs Boson war ja nicht in dem Sinne neu, als dass es auf einmal so
Tim Pritlove: da war und man gesagt, oh Holla was ist das denn?
Tim Pritlove: Sondern das war ja quasi eine Suche nach 60 Jahren, weil es eben diese Theorie
Tim Pritlove: gab, wenn es das gäbe, dann würde auf einmal alles zusammenpassen.
Tim Pritlove: Alles was wir bisher beobachtet haben, haben wir sozusagen in dieses Standardmodell
Tim Pritlove: eingefügt, da fehlte dann aber irgendwie noch so ein Slot und man hat immer
Tim Pritlove: so gehofft, dass es das auch gibt, weil dann passt alles zusammen,
Tim Pritlove: weil wenn es das nicht gibt, dann passt gar nichts mehr zusammen.
Tim Pritlove: Dann müsste man sich was Neues ausdenken und bisher ist noch keinem was anderes eingefallen.
Wolfgang Adam: Naja es gibt einige andere Ansätze, aber es war klar der einfachste Ansatz um
Wolfgang Adam: das zu finden und deswegen war es spannend um zu sehen ob dieser Ansatz auch
Wolfgang Adam: wirklich realistisch ist.
Tim Pritlove: Ich denke es ist ja auch alles gebaut worden. Deswegen hat man den LAC gebaut,
Tim Pritlove: deswegen hat man diese Energien versucht aufzubauen,
Tim Pritlove: weil man halt einfach so ein gewisses Target hat und sagt okay das ist so der
Tim Pritlove: Energiebedarf den wir benötigen und wenn wir das dann lange genug beobachten,
Tim Pritlove: dann haben wir vielleicht eben diese Auffälligkeit und CMS ist einer von den
Tim Pritlove: beiden Detektoren, die das eben mit der hier beschriebenen Technik beobachtet
Tim Pritlove: haben, die Statistiken gemacht hat.
Tim Pritlove: Atlas das andere, was im Prinzip dasselbe in grün gemacht hat und dann werden
Tim Pritlove: wir halt auch nochmal drüber reden, wie das dort funktioniert und der Vergleich
Tim Pritlove: dieser beiden Ergebnisse hat dann eben diese Gewissheit gebracht.
Tim Pritlove: So jetzt ist das aber sozusagen aus dem Rennen, Higgs ist jetzt alter Käse.
Wolfgang Adam: Absolut nicht.
Tim Pritlove: Es wird natürlich nach wie vor noch weiter geguckt nach Higgs oder?
Wolfgang Adam: Wir stehen eigentlich am Anfang der Reise, weil Entdeckung heißt,
Wolfgang Adam: dass wir die ersten überzeugenden Zeichen für die Existenz eines Teilchens gefunden haben.
Wolfgang Adam: Aber was jetzt gemacht wird, ist zu überprüfen, was wir wissen.
Wolfgang Adam: Wir haben ein Teilchen gefunden. Das Teilchen entspricht in etwa den Erwartungen der Theorie.
Wolfgang Adam: Aber was wir jetzt machen ist, um die detaillierten Vorhersagen der Theorie
Wolfgang Adam: zu überprüfen und zu sehen, ob dieses
Wolfgang Adam: Higgs-Teilchen wirklich genau das Higgs-Teilchen dieses Modells ist.
Wolfgang Adam: Und das ist eben ein langfristiges Programm.
Wolfgang Adam: Das Higgs-Feld gibt eben Masse an die Teilchen und das hängt damit zusammen,
Wolfgang Adam: wie stark sozusagen diese Teilchen mit dem Higgs-Boson reden. und.
Wolfgang Adam: Das bedingt auch, wie oft ein Higgs-Boson aus diesen Teilchen erzeugt werden
Wolfgang Adam: kann oder wie oft ein Higgs-Boson in diese Teilchen zerfallen wird.
Wolfgang Adam: Und die Vorhersage des Standard-Modells, dieses Modells ist eben,
Wolfgang Adam: dass diese Wechselwirkung immer schwächer wird, je leichter Teilchen werden.
Wolfgang Adam: Und dementsprechend werden die leichteren Teilchen auch seltener im Zerfall
Wolfgang Adam: eines Higgs-Bosons vorkommen.
Wolfgang Adam: Und die Entdeckung des X-Bosons wurde im Wesentlichen getragen durch den Zerfall
Wolfgang Adam: in zwei Arten, eben in zwei Z-Bosonen oder ein Zerfall in zwei Photonen.
Wolfgang Adam: Jetzt kann man sich fragen, Sie haben gesagt, dass das X hängt mit Masse zusammen.
Wolfgang Adam: Das X gibt eigentlich die Masse. Photonen sind bekannterweise masselos.
Wolfgang Adam: Also wie kann ein Higgs-Boson in Photonen zerfallen? Und das geschieht in der Beschreibung,
Wolfgang Adam: die wir von der Natur in der Quantenfeldtheorie haben, dass da einfach ein komplizierter
Wolfgang Adam: Prozess aufgetreten ist, dass das Higgs ursprünglich in zwei andere Teilchen
Wolfgang Adam: zerfallen ist und diese Teilchen dann zwei Photonen erzeugt haben.
Wolfgang Adam: Und in Wirklichkeit hängt das sehr stark zusammen mit dem zerfallen SIX-Bosons
Wolfgang Adam: in zwei virtuelle Topquarks, also in schwere Teilchen.
Wolfgang Adam: Und im Prinzip haben wir jetzt gemessen und wir haben überzeugende Messungen,
Wolfgang Adam: dass der SIX eben in Z-Bosonen zerfallen kann,
Wolfgang Adam: in W-Bosonen zerfallen kann, dass der SIX mit Topquarks redet,
Wolfgang Adam: dass der SIX, also direkt in Topquarks, in zwei Topquarks kann der SIX nicht
Wolfgang Adam: zerfallen, weil der SIX einfach zu leicht ist.
Wolfgang Adam: Die zwei Top Quarks zusammen werden schwerer als das X-Poson und deswegen kann
Wolfgang Adam: es nicht direkt zerfallen.
Wolfgang Adam: Aber es kann trotzdem in der Produktion und im Zerfall auf indirekte Arten mit
Wolfgang Adam: diesen Top Quarks reden.
Wolfgang Adam: Wir haben den Zerfall in B, Quarks.
Wolfgang Adam: Und die berühmten Dow-Leptonen. Das sind alles de facto die schwersten Teilchen, die wir kennen.
Wolfgang Adam: Aber um jetzt überzeugt zu sein, dass dieser Mechanismus der Stärke der Wechselwirkung
Wolfgang Adam: mit Masse wirklich funktioniert, sollten wir auch sehen, ob es mit den leichteren Teilchen redet.
Wolfgang Adam: Und wir haben jetzt in CMS, wir haben mit den Daten aus den letzten Jahren das
Wolfgang Adam: erste Mal einen Hinweis dafür gesehen, dass das X-Boson direkt in zwei Myonen zerfallen kann.
Wolfgang Adam: Das ist schon jetzt ein großer Sprung in der Masse, weil, wie schon gesagt wurde,
Wolfgang Adam: die Myonen sind sehr viel leichter als die Dauleptonen zum Beispiel,
Wolfgang Adam: auch sehr viel leichter als Z-Bosonen oder W-Bosonen. Das heißt,
Wolfgang Adam: da ist ein großer Sprung.
Wolfgang Adam: Wir haben eben Hinweise dafür, noch nicht auf dem Niveau,
Wolfgang Adam: das wir typischerweise in der gleichen Physik Entdeckungsniveau nennen,
Wolfgang Adam: diese berühmten 5 Sigma statistische Wahrscheinlichkeit, also Wahrscheinlichkeit
Wolfgang Adam: von weniger als 1 zu 1 Million, dass das einfach eine Fluktuation war.
Wolfgang Adam: Aber das steht auf unserem Programm und auch zur Fälle in andere leichte Teilchen,
Wolfgang Adam: um eben das vollkommen zu überprüfen, das Modell.
Wolfgang Adam: Und dann auf einer etwas längeren Zeitskala ist die Frage, wie das Higgs mit
Wolfgang Adam: sich selbst redet und...
Tim Pritlove: Teilchen reden auch mit sich selbst.
Wolfgang Adam: Ja, es kann ein Higgs-Boson zum Beispiel in zwei Higgs-Bosonen zerfallen und
Wolfgang Adam: zwei Higgs-Bosonen produzieren in seinem Zerfall.
Wolfgang Adam: Und das Interessante daran ist, dass das Higgs-Boson ursprünglich erfunden wurde,
Wolfgang Adam: um zu erklären, warum diese W- und Z-Bosonen, für die es in den 80er Jahren
Wolfgang Adam: den Nobelpreis gegeben hat und die die schwache Wechselwirkung erklären,
Wolfgang Adam: warum die nicht wie das Photon masselos sind, sondern warum sie eine Masse haben,
Wolfgang Adam: eine ziemlich hohe Masse sogar.
Wolfgang Adam: Und das läuft unter dem Konzept der Symmetriebrechung.
Wolfgang Adam: Es gibt da in Symmetrienstellen einen sehr wichtigen Bestandteil aller modernen
Wolfgang Adam: Theorien der Teilchenphysik vor.
Wolfgang Adam: Symmetrien können so etwas wie die einfache Links-Rechts-Spiegelsymmetrie sein,
Wolfgang Adam: die wir kennen, aber es kann auch Symmetrien in anderen Formen geben,
Wolfgang Adam: die zum Beispiel, das wäre sozusagen eine Art Spiegeleffekt,
Wolfgang Adam: die zum Beispiel ein Teilchen in ein anderes Teilchen verwandeln könnte und
Wolfgang Adam: dadurch ihre Ähnlichkeit erklärt.
Wolfgang Adam: Und jedenfalls, das Higgs-Poson hat eben diese spezielle Eigenschaft,
Wolfgang Adam: Eigenschaft, dass es eine gewisse Symmetrie bricht, also dazu führt,
Wolfgang Adam: dass die Symmetrie nicht mehr vollkommen respektiert wird.
Wolfgang Adam: Und das gibt diesen W- und Z-Posonen die Masse.
Wolfgang Adam: Und das hängt sehr stark davon zusammen, eben wie stark dieses X-Poson sozusagen mit sich selbst redet.
Wolfgang Adam: Und das ist ein Programm, das ist sehr schwierig zu messen. Das ist ein Prozess,
Wolfgang Adam: der noch viel seltener ist, als was wir im Moment schon messen und die,
Wolfgang Adam: Und das wird wirklich ein Programm sein für die nächsten Jahre,
Wolfgang Adam: für die zukünftige Phase des LACs und dann sogar, wahrscheinlich um Präzise
Wolfgang Adam: zu messen, auch für die nächste Beschleuniger-Generation, die nachher kommen werden.
Tim Pritlove: Okay, also man ist quasi auf der Mission, also nachdem man sich sicher war,
Tim Pritlove: dass Higgs-Prinzip das existiert, das ist da, das ist messbar,
Tim Pritlove: das entspricht so gut den Vorhersagen und wir haben es auch aus den statistischen
Tim Pritlove: Daten mit der statistischen Sicherheit herauslesen können.
Tim Pritlove: Da ist was, geht es jetzt im Wesentlichen darum zu sagen, wie verhält es sich
Tim Pritlove: jetzt genau, was hat das für eine Auswirkung.
Tim Pritlove: Das ist jetzt sehr kompliziert zu verstehen, dieser ganze Bereich.
Tim Pritlove: Aber eine Sache wollte ich mal kurz rausgreifen, weil das irgendwie eben viel,
Tim Pritlove: also wenn wir jetzt den Begriff Wechselwirkung hier mit reinnehmen,
Tim Pritlove: hab ich ja vorhin schon auch angesprochen, da haben wir es ja sozusagen mit
Tim Pritlove: diesen Naturkräften zu tun.
Tim Pritlove: Schwache Kernkraft durch diese WZ-Versionen, die elektromagnetische Kraft durch dieses Photon,
Tim Pritlove: die starke Kernkraft durch diese Gluon, die dann halt irgendwie Lepton und Quark
Tim Pritlove: irgendwie zusammenbacken oder auch nicht. Und...
Tim Pritlove: Dann gibt's halt noch dieses Higgs. Und jetzt hast du aber auch diesen Begriff
Tim Pritlove: Wechselwirkung in den Mund genommen, wenn man sagt, wie Higgs jetzt sozusagen
Tim Pritlove: mit den anderen interagiert.
Tim Pritlove: Heißt das, dass man dann sozusagen, also ist das dann sozusagen noch eine weitere
Tim Pritlove: Kraft, die wir so bisher so nicht auf dem Zeiger haben oder reden wir jetzt
Tim Pritlove: hier von einer anderen Wirkung, die nicht auf dem Level sich abspielt?
Wolfgang Adam: Ich würde das nicht als Kraft bezeichnen. Es ist einfach nur,
Wolfgang Adam: dass es Prozesse gibt, in denen Higgs-Boson und andere Teilchen vorkommen und
Wolfgang Adam: die dann… Also nicht jede Wechselwirkung ist eine Kraft, aber jede Kraft ist eine Wechselwirkung?
Wolfgang Adam: Ja, das könnte man vielleicht so sagen.
Wolfgang Adam: Aber was man vielleicht zum Programm mit dem Higgs-Boson noch hinzufügen sollte,
Wolfgang Adam: ist, dass das Higgs-Boson auch sehr interessant ist, um mögliche neue Effekte zu studieren.
Wolfgang Adam: Wir haben noch nicht erwähnt, dass das Standardmodell, dass wir sehr zufrieden
Wolfgang Adam: sind, dass wir dieses letzte Teilchen des Standardmodells gefunden haben.
Wolfgang Adam: Aber wir wissen, dass es nicht vollständig sein kann.
Wolfgang Adam: Und da gibt es einen starken Zusammenhang mit Kosmologie und dem,
Wolfgang Adam: was wir im Universum beobachten, weil zwei der großen Fragen in der Entwicklung des Universums sind,
Wolfgang Adam: warum es einen Unterschied zwischen Teilchen und Antiteilchen gibt und was es
Wolfgang Adam: mit dieser berühmten dunklen Materie im Universum an sich hat.
Wolfgang Adam: Und beide Themenbereiche hängen mit Teilchenphysik zusammen,
Wolfgang Adam: weil der Unterschied zwischen Teilchen und Antiteilchen,
Wolfgang Adam: das ist etwas, was man messen kann in verschiedenen Arten, auch am LHC,
Wolfgang Adam: Und die dunkle Materie, es ist sehr plausibel, dass die dunkle Materie de facto
Wolfgang Adam: aus Teilchen besteht, die wir noch nicht kennen.
Wolfgang Adam: Und wo kommt das Higgs da hinein? In vielen theoretischen Modellen,
Wolfgang Adam: die versuchen, dunkle Materie mit neuen Teilchen zu erklären,
Wolfgang Adam: spielt das Higgs-Boson oder mehrere, möglicherweise mehrere andere Higgs-Bosonen noch eine Rolle,
Wolfgang Adam: um sozusagen die Welt, die wir da jetzt schon kennen, und diese dunkle Welt
Wolfgang Adam: miteinander zu verbinden, also Verbindungen herzustellen zwischen den Teilchen, die wir kennen,
Wolfgang Adam: und der Produktion von Teilchen, die wir noch nicht können und die zum Beispiel
Wolfgang Adam: dunkle Materie hervorrufen könnten.
Tim Pritlove: Also zum Beispiel würde man jetzt, und das ist ja unter anderem auch geplant,
Tim Pritlove: noch einen größeren Ring bauen und damit noch mehr Energien aufbauen können
Tim Pritlove: und noch fettere Detektoren bauen,
Tim Pritlove: die mit diesen Energien auch umgehen, was dann noch größere Magneten wären und
Tim Pritlove: überhaupt kann man sich das fast schon gar nicht mehr vorstellen,
Tim Pritlove: Wie groß das alles wäre, auf jeden Fall wenn man sozusagen höhere Energien noch beobachten könnte,
Tim Pritlove: dann könnte es vielleicht theoretisch sein, dass auch in der Mangelung einer
Tim Pritlove: passenden Theorie zu diesem Zeitpunkt mal halt an irgendeiner Stelle mit noch
Tim Pritlove: mehr Energien nochmal so einen kleinen Hopser in der Kurve hat.
Wolfgang Adam: Das muss nicht unbedingt beim nächsten, das könnte natürlich beim nächsten Beschleuniger
Wolfgang Adam: sein, aber selbst bei uns könnten Prozesse sein, die einfach so selten sind.
Tim Pritlove: Die einfach selten sind, das ist der andere Punkt. Oder aber eben auch,
Tim Pritlove: dass man erstmal woanders noch suchen muss, das meinte ich eigentlich mehr.
Tim Pritlove: Also es könnte auch sein, dass man nochmal ganz woanders gucken muss,
Tim Pritlove: als wir derzeit gucken können und dort sozusagen nochmal so ein Geschwisterhicks haben,
Tim Pritlove: die dann vielleicht einfach nur in der Antimaterie irgendwas machen und da diese
Tim Pritlove: Massen erzeugen, die wir quasi da ja ausmachen.
Tim Pritlove: Weil das ist ja das, was wir sehen. Wir sehen, dass da irgendwas gravitativ wirkt,
Tim Pritlove: Galaxien irgendwie zusammenhält und auf andere Geschwindigkeiten bringt,
Tim Pritlove: die sich eben mit unserer Vorstellung der normalen Materie nicht verbinden lässt
Tim Pritlove: und von daher irgendwie das große Fragezeichen, also eins der großen drei Fragezeichen
Tim Pritlove: ist, die wir derzeit so im Weltall haben.
Wolfgang Adam: Ja, aber die Verteilung von dunkler Materie und die Geschichte des Universums
Wolfgang Adam: sagt uns, dass es eine gewisse Verbindung, eine sehr, sehr schwache Verbindung,
Wolfgang Adam: aber zwischen diesen Teilchen, wenn es Teilchen sind der dunklen Materie,
Wolfgang Adam: und den normalen Teilchen geben sollte.
Wolfgang Adam: Und das ist eben Teil des Forschungsprogramms. Mit dieser Verbindung könnten
Wolfgang Adam: wir diese Teilchen unter Umständen hier auch schon im LHC produzieren und mit dem Detektor sehen.
Wolfgang Adam: Das ist übrigens ein interessanter Aspekt, dass die Detektoren de facto auch
Wolfgang Adam: Deichen Detektieren können, die gar nicht direkt im Detektorsignal hinterlassen.
Tim Pritlove: Man kann etwas detektieren, was man gar nicht detektiert?
Wolfgang Adam: Genau, das betrifft schon bekannte Teilchen.
Wolfgang Adam: Im Standardmodell mit den Elektronen, das Elektron hat nicht nur schwere Geschwister,
Wolfgang Adam: sondern auch ein Pendant, das ist das Neutrino, das zum Beispiel in großen Mengen
Wolfgang Adam: in der Sonne in den Kernprozessen erzeugt wird.
Wolfgang Adam: Und das Neutrino ist fast masselos und hat nur eine sehr schwache Wechselwirkung mit Materie.
Wolfgang Adam: Das heißt, die Neutrinos würden aus unseren Detektoren hinauslaufen und wir
Wolfgang Adam: würden sie nicht sehen. Aber auch wenn wir zum Beispiel Teilchen der dunklen
Wolfgang Adam: Materie erzeugen könnten, würden diese auch den Detektor verlassen, ohne dass wir sie sehen.
Wolfgang Adam: Aber wir können uns ein Prinzip in der Physik zunutze machen,
Wolfgang Adam: und das ist, es gibt die Energieerhaltung, aber es gibt auch ein Prinzip,
Wolfgang Adam: das nennt sich Impulserhaltung, das ist also, sagen wir so, verwandt mit der
Wolfgang Adam: Energie, aber das spielt sich in allen drei Raumrichtungen ab.
Wolfgang Adam: Das heißt, man kennt vielleicht dieses Spiel mit dem Bändeln mit den Kugeln,
Wolfgang Adam: wo man die Kugel fallen lässt und dann läuft auf der anderen Seite eine Kugel
Wolfgang Adam: raus. Das ist de facto Impulserhaltung und das könnte man auch in drei Dimensionen machen.
Wolfgang Adam: Jedenfalls, wir haben das Prinzip, dass die Protonen, die zusammenlaufen,
Wolfgang Adam: die bewegen sich entlang des Beschleunigers, auf einer geraden Linie eben,
Wolfgang Adam: aber nicht links, rechts, oben und unten.
Wolfgang Adam: Und daraus schließt man, dass die Summe aller Teilchen, die nach der Kollision
Wolfgang Adam: produziert wird, kann insgesamt, kollektiv sozusagen, auch keine Bewegung links,
Wolfgang Adam: rechts, oben und unten haben.
Wolfgang Adam: Und wenn da jetzt aber ein Teilchen dabei wäre mit hoher Energie,
Wolfgang Adam: das wir nicht sehen, Und wir machen die Summe über alle sichtbaren Teilchen
Wolfgang Adam: und würden sehen, dass die Summe der sichtbaren Teilchen in irgendeine Richtung zeigen würde.
Wolfgang Adam: Während das unsichtbare Teilchen in die andere Richtung gegangen wäre.
Wolfgang Adam: Und auf diese Art und Weise können wir feststellen, ob ein unsichtbares Teilchen
Wolfgang Adam: den Detektor verlassen hat.
Tim Pritlove: Also man rechnet sozusagen einfach nach wie viel Energie ist denn hier insgesamt
Tim Pritlove: fehlt, was fehlt, fehlt und daraus kann man schließen.
Wolfgang Adam: Und damit könnte man zum Beispiel sehen, falls dunkle Materie produziert würde
Wolfgang Adam: und das ist ein wichtiger Teil unseres Forschungsprogramms.
Tim Pritlove: Ja, spannend. Das bringt uns jetzt so ein bisschen ans Ende.
Tim Pritlove: Können natürlich jetzt noch stundenlang weiter philosophieren,
Tim Pritlove: aber um es vielleicht mal abzurunden.
Tim Pritlove: Man sieht, dass die Detektoren halt auf der einen Seite dazu beitragen,
Tim Pritlove: bestehende Theorien zu überprüfen und das eben teilweise mit Erfolg,
Tim Pritlove: aber auch das nicht Nachweisen ist ja in gewisser Hinsicht auch ein Erfolg,
Tim Pritlove: aber auch noch sehr viel Potenzial hat jetzt sozusagen auf dem nächsten Weg
Tim Pritlove: mit der existierenden Technologie plus der Upgrades, die ja hier regelmäßig
Tim Pritlove: stattfinden, die halt Dinge genauer machen, verfeinern, Energien erhöhen usw.
Tim Pritlove: Anders ballen, dass man eben auch auf dem Pfad zu weiteren Erkenntnissen kommen kann.
Tim Pritlove: Also jetzt nicht mit dem Higgs ist nicht das ganze Pulver verschossen worden. Nein, absolut.
Wolfgang Adam: Und wie gesagt, wenn man ein neues Teilchen entdeckt, das ist die erste Stufe,
Wolfgang Adam: die ist Entdeckung und die zweite Stufe ist dann, um dieses neue Teilchen de
Wolfgang Adam: facto als Werkzeug zu verwenden, um neue Erkenntnisse zu bekommen.
Tim Pritlove: Ja, gut Wolfgang, ich sag vielen Dank für die Ausführung zum CMS,
Tim Pritlove: das war alles sehr interessant, sehr spannend.
Tim Pritlove: Ja, und ich bedanke mich fürs Zuhören, das war's zum CMS, weiter geht's dann
Tim Pritlove: mit dem Atlas, gucken wir mal wie die auf die Welt schauen, ja.
Tim Pritlove: Und dann geht's halt hier wieder weiter. Bis dann sagt Tschüss, bis bald!