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Teilchendetektoren - Großdetektoren

Um die bei Kollisionsexperimenten entstandenen Teilchen zu registrieren, werden Großdetektoren eingesetzt. Diese bestehen aus mehreren einzelnen Detektoren, deren Funktionsweise bereits erklärt wurde Übersicht aller Einzel-Detektoren (mit direkten Verknüpfungen). Die einzelnen Komponenten des Großdetektors werden schichtweise angeordnet. Im Fall von kollidierenden Teilchenstrahlen (engl. colliding beam experiment Veranschaulichung der Begriffe 'fixed target' und 'colliding beams' ) werden Großdetektoren um den Kollisionspunkt herum gebaut. Ihr schichtweiser Aufbau wird oft mit dem einer Zwiebel verglichen ("mehrere Schichten um ein Zentrum herum"). Im Fall des Beschus- ses eines festen Targets mit einem Teilchenstrahl (engl. fixed target experiment Veranschaulichung der Begriffe 'fixed target' und 'colliding beams' ) wird der Großdetektor hinter dem Kollisionspunkt (Target) gebaut, da aufgrund der Impulserhaltung die neu entstehenden oder abgelenkten Teilchen "nach hinten" fliegen. fixed target Bei festem Target steht der Großdetektor hinter dem Target colliding beams Bei kollidierenden Teilchen wird der Großdetektor um den Kollosionspunkt herum gebaut.

Die schichtweise Abfolge der verschiedenen einzelnen Detektoren im Großdetektor ist immer ähnlich. Die Skizze zeigt den Aufbau vom Kollisionspunkt nach außen (von links nach rechts).

Schema des schichtweisen Aufbaus eines Großdetektors

Erster Spurdetektor


Der erste Spurdetektor dient der Aufzeichnung der Bahn (bzw. Spur) der entstandenen Teilchen mit einer hohen Ortsauflösung. Häufig wird mit einem Elektromagneten ein starkes Magnetfeld (ca. 1 bis 2 Tesla) erzeugt, so dass geladene Teilchen eine Kreisbahn durchfliegen. Aus dem Bahnradius kann der Impuls der Teilchen bestimmt werden. Als erste Spurdetektoren werden mehrere Schichten von Halbleiterdetektoren Informationen über Halbleiterdetektoren oder Driftkammern Informationen über Driftkammern verwendet, da diese die größte Ortsauflösung besitzen. Der erste Spurdetektor ist meist sehr klein, da eine hohe Ortsauflösung eine Vielzahl von kleinen Detektorelementen voraussetzt und ein großer Detektor aus so kleinen Einzelkomponenten zu teuer werden würde.    Der erste Spurdetektor

Zweiter Spurdetektor
Der zweite Spurdetektor soll ebenfalls die Bahn der Teilchen und deren Impuls messen, ist aber großräumiger angelegt. Die Ortsauflösung ist geringer als beim ersten Spurdetektor, dafür wird aber ein größeres Volumen um das Experiment abgedeckt. Der zweiten Spurdetektor besteht meist aus Drift- Informationen über Driftkammern oder Proportionalitätskammern Mehr Informationen über Proporionalitätskammern. In manchen Experimenten werden an dieser Stelle auch Cerenkov-Detektoren Mehr Informationen über Cerenkovdetektoren eingesetzt. Diese messen die Teilchen- geschwindigkeit über den Öffnungswinkel des Cerenkov-Lichtkegels.
Der Impuls lässt sich umso genauer bestimmen, je gekrümmter die Bahn des Teilchens im Magnetfeld ist. Dies hängt stark vom Impuls der Teilchen ab. Beispiel H1 Informationen zum H1-Detektor bei DESY bei DESY:
Bei 1 GeV/c beträgt die Genauigkeit der Impulsmessung ca. 4%, bei 400 GeV/c nur noch 40%! (siehe zum Literaturverzeichnis; [WA2 1991, S. 225]).
   Der zweite Spurdetektor

Elektromagnetisches Kalorimeter


Im elektromagnetischen Kalorimeter Informationen über Kalorimeter wechselwirken die Teilchen mit dem Absorptionsmaterial und gegeben dabei Energie ab. Elektronen, Positronen und Photonen verlieren ihre ganze Energie und werden absorbiert. Das elektromagnetische Kalorimeter

Hadronisches Kalorimeter


Im hadronischen Kalorimeter Mehr Informationen über Kalorimeter sind
die Absorptionschichten dicker, so dass
auch Hadronen ihre gesamte Energie abgegeben und absorbiert werden. Das hadronische Kalorimeter

Zähler (Müonenkammer)


Der Zähler registriert Teilchen, die von keinem der anderen Detektoren absorbiert wurden. Die Zähler sind wie Kalorimeter Informationen über Kalorimeter aufgebaut. Auf der nächsten Seite wird gezeigt, mit welchen Detektorelementen die verschiedenen Teilchenarten wechselwirken und wie man sie unterscheiden kann.  Die Müonenkammer

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