Die später behandelten Detektorbilder stammen vom CERN bei Genf, dem weltweit größten Teilchenbeschleuniger. Es handelt sich um einen Speicherring mit einem Umfang von 27 km in 100 m Tiefe. Dort wurde bis Ende des Jahres 2000 Elektronen und elektrisch positiv geladene Elektronen, sogenannte Positronen, gegeneinander beschleunigt und zur Kollision gebracht.


Bei den durch die Kollisionen stattfindenden Reaktionen entstanden die verschiedensten Teilchen. Ein Computer zeichnete die vom Detektor kommenden Daten zu den Reaktionsprodukten auf, wertete sie aus, und daraus entstanden dann die behandelten Detektorbilder.

In der Übung 1 wirst Du lernen, die einzelnen Spuren von drei verschiedenen Teilchenarten zu unterscheiden.

In Übung 2 wirst Du einfache Reaktionen kennenlernen, und sie an Hand von verschiedenen Bildern selber zuordnen.

Bei diesen Übungen wirst Du außer den Dir schon bekannten Teilchen, die am Materieaufbau beteiligt sind, noch weitere Teilchen kennenlernen. Sie werden dort aber nur kurz eingeführt! Für nähere Infos kannst Du später noch auf den Seiten zum Standardmodell vorbeischauen.

Auf den Detektorbildern kann man die verschiedenen Bereiche des Detektors mit seinen unterschiedlichen Nachweisbereichen sehen. Wir sehen zu jedem Ereignis, was in den Übungen betrachtet wird, je ein Bild in Richtung des Teilchenstrahls (das erste Bild) sowie eine Seitenansicht des Detektors (das zweite Bild). In beiden sind diese Nachweisbereiche zu sehen. Daher müssen wir nun noch genauer auf die einzelnen Bereiche eingehen, die vorher nur grob erklärt wurden.

Vorher solltest Du jedoch noch auf eine Kennzeichnung in den Bildern hingewiesen werden, die es Dir erlaubt, Interpretationen vorzunehmen. Unten auf den Bildern ist jeweils eine Skala angegeben, die ermöglicht, die Energien der Spuren und der Energieaufzeichnungen auf den Bildern zuordnen zu können. Es werden folgende Energiezuordnungen vorgenommen (wobei die Energie in der Einheit GeV (Giga-Elektronenvolt= 1*106 eV) angegeben ist):

In der Erklärung der einzelnen Bereiche des Detektors wird auf die im Beispiel gezeigten Farben eingegangen.

Aufbau des Detektors:

In der Mitte des Detektors befindet sich die Strahlachse, in der sich die Elektronen und Positronen bewegen.

Der erste Ring bzw. die ersten beiden Linien nach der Strahlachse begrenzt den ersten Bereich des Detektors, in dem elektrisch geladenen Teilchen nachgewiesen werden. Die Spur ist hier lila (entspricht 4 - 8 GeV) gekennzeichnet. Dieser Nachweis geschieht über ein magnetisches Feld, in dem geladenen Teilchen abgelenkt werden. Daher hinterlassen die elektrisch geladenen Teilchen auch eine leicht gekrümmte Spur, da sie nach der Linken-Hand-Regel abgelenkt werden. Je stärker es abgelenkt wird, desto schwerer war das geladene Teilchen. So kann man die einzelnen geladenen Teilchen unterscheiden.

Der zweite Ring bzw. die nächste Linie begrenzt den zweiten Bereich des Detektors, das sogenannte "elektromagnetische Kalorimeter". Hier wird die Energie der elektrisch geladenen Teilchen gemessen. Hier ist der Energienachweis in Form eines gelben Kastens (entspricht 0,5 - 1 GeV) erkennbar. Die Energie wird gemessen, in dem die Teilchen ihre gesamte Energie oder zu mindest Teile davon an das elektromagnetische Kalorimeter abgeben. Teilchen, die ihre gesamte Energie abgegeben haben, bewegen sich nicht mehr weiter und werden daher auch nicht weiter im Detektor nachgewiesen.

Mit dem dritten Ring bzw. der nächsten Linie wird der dritte Bereich des Detektors, das sogenannte "hadronische Kalorimeter", begrenzt. Diejenigen Teilchen, die nach dem Durchqueren des elektromagnetischen Kalorimeters noch Energie haben, werden in diesem Bereich registriert. Hier ist die Energiemessung in Form des lila Kasten (4 - 8 GeV) dargestellt. Auch hier erfolgt die Energiemessung, genauso wie im elektromagnetischen Kalorimeter, durch Energieabgabe des Teilchens. Dabei kann es ebenfalls seine gesamte Energie oder auch nur Teile davon verlieren. Bei gesamten Energieverlust werden vom Detektor keine weiteren Daten mehr verzeichnet, die Spur des Teilchens endet am hadronischen Kalorimeter.
In unserem Beispiel hat das Teilchen jedoch noch Energie und fliegt weiter.

Der vierte Ring bzw. die nächste Linie begrenzt den vierten Bereich des Detektors, die sogenannte "Myonen-Kammer". Nur Myonen, die man als "schweren" Elektronen bezeichnen kann, hinterlassen in diesem Bereich des Detektors Spuren. In unserm Beispiel haben wir es also mit der Spur eines Myons zu tun. Seine Spur in der Myonen-Kammer ist durch die gelben Kreuze und den roten Pfeil dargestellt.

 

Soweit kennst Du nun die einzelnen Bereiche des Detektors, und wie die Bilder zu interpretieren sind. Daher ....

Nun aber los mit Übung 1!