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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
 .
Die einzelnen Komponenten des Großdetektors werden schichtweise angeordnet.
Im Fall von kollidierenden Teilchenstrahlen (engl. colliding beam experiment
)
werden Großdetektoren um den Kollisionspunkt
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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
)
wird der Großdetektor hinter dem Kollisionspunkt
(Target) gebaut, da aufgrund der Impulserhaltung
die neu entstehenden oder abgelenkten Teilchen "nach hinten" fliegen.
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fixed target
colliding beams
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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).
Erster Spurdetektor
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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
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mehrere Schichten von Halbleiterdetektoren
oder 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.
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Zweiter Spurdetektor
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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-
oder Proportionalitätskammern .
In manchen Experimenten
werden an dieser Stelle auch Cerenkov-Detektoren
eingesetzt. Diese messen die Teilchen-
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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
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]](../button_gifs/booksm.gif) ).
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Elektromagnetisches
Kalorimeter
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Im elektromagnetischen
Kalorimeter
wechselwirken die Teilchen mit dem Absorptionsmaterial und gegeben dabei
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Energie ab. Elektronen, Positronen und Photonen verlieren ihre ganze Energie
und werden absorbiert.
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Hadronisches Kalorimeter
Im hadronischen Kalorimeter
sind
die Absorptionschichten dicker, so dass
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auch Hadronen ihre gesamte
Energie abgegeben und absorbiert werden.
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Zähler (Müonenkammer)
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Der Zähler registriert
Teilchen, die von keinem der anderen Detektoren absorbiert wurden. Die
Zähler sind wie Kalorimeter
aufgebaut.
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Auf der nächsten
Seite wird gezeigt, mit welchen Detektorelementen die verschiedenen Teilchenarten
wechselwirken und wie man sie unterscheiden kann.
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