ATLAS-Experiment

Der ATLAS-Detektor ist mit einer Länge von 46m und einem Gesamtgewicht von 7000t einer der vier größten Teilchendetektoren am Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Forschungszentrum für Teilchenphysik (CERN) in Genf. Um solch ein großes Experiment betreiben zu können arbeiten etwa 5500 Wissenschaftler, Techniker, Ingenieure und Administratoren aus der ganzen Welt Hand in Hand um den ungeklärten Fragen unserer Zeit ein Stück näher zu kommen. Auch unsere Arbeitsgruppe ist Teil dieser Kollaboration und leistet erheblichen Beitrag im Bereich der Tau-Rekonstruktion, der Vermessung des Standardmodells sowie für das High-Luminosity Upgrade des ATLAS Pixeldetektors.

Rekonstruktion von Tau-Leptonen

Neben der Zerfallsklassifizierung ist auch die präzise Kenntnis der Zerfallstopologie essentiell um physikalisch Analysen durchzuführen. Deshalb wird die Rekonstruktionssoftware fortwährend optimiert und erweitert. Zunehmende Bedeutung wird hierbei neuronalen Netzwerken zuteil, die herkömmliche Algorithmen in der Verarbeitung großer Datenmengen zunehmend ablösen.

Vermessung des Standardmodells und des Higgs-Bosons

Das Standardmodell hat einige freie Parameter, die experimentell ermittelt werden müssen. Da weiterhin nach Schwachstellen der Theorie gesucht wird, ist es wichtig diese Parameter exakt zu vermessen. Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons in 2012 öffnete sich die Tür für eine neue Reihe an Präzessionsmessungen, die weiterhin andauert.

Physik jenseits des Standardmodells

Das Standardmodell beschreibt nur etwa 5% der uns bekannten Materie. Um ungeklärte Fragen zu beantworten wird an weiterführenden Modellen geforscht. So sucht man z.B nach hypothetischen Leptoquarks, die sowie an die uns bekannten Leptonen als auch an Quarks koppeln.

Der High-Luminosity LHC und das ATLAS Inner Tracker Upgrade

Der High-Luminosity LHC (HL-LHC) ist ein für 2029 geplantes, signifikantes Upgrade für den LHC. Im HL-LHC wird die Anzahl der Kollisionen im ATLAS-Detektor verglichen mit dem ursprünglichen LHC um einen Faktor 10 vergrößert. Die vergrößerte Ereignisrate bedingt diverse Upgrades des ATLAS Experiments. Insbesondere der innere Spurdetektor muss durch einen komplett neuen Detektor ersetzt werden, den Inner Tracker (ITk). Dieser Detektor wird aus mehreren Lagen Silizium-Streifendetektoren sowie Silizium-Pixeldetektoren bestehen.

Prototypen für den ITk Pixeldetektor

Der ITk Pixeldetektor, basierend auf state-of-the-art Halbleitertechnologie, greift auf neue Konzepte in Detektordesign und -integration zurück, die bisher in keinem größeren Teilchendetektor eingesetzt wurden. Die Bestandteile des Detektors, von einzelnen Pixelmodulen bis hin zu größeren Detektorstrukturen, werden detailliert anhand von eigens entwickelten Prototypen getestet.

Detektorintegration und Qualitätskontrolle für den ITk Pixeldetektor

Nach Abschluss der Entwicklungsphase werden die einzelnen Trägerstrukturen des ITk Pixeldetektors innerhalb der verschieden Cluster in der ATLAS-Kollaboration montiert und getestet. Diese Strukturen werden anschließend zum CERN verschickt, wo die Endmontage und Integration des kompletten Pixeldetektors in den ATLAS-Detektor stattfindet. Als Teil des Deutschland-Clusters werden in Bonn Pixelmodule sowie mit Pixelmodulen bestückte Trägerstrukturen für den ITk Pixeldetektor produziert und getestet.