Der H1-Detektor

Forschungseinrichtungen - DESY - H1

Mit dem H1-Detektor werden Kollisionen hochenergetischer Elektronen mit Protonen untersucht. Die Experimente sollen weitere Aufschlüsse über den inneren Aufbau der Protonen geben. Dabei wird gleichzeitig nach neuen

Teilchen gesucht, die bis jetzt noch nicht beobachtet wurden. H1 ist eine Kollaboration mit etwa 400 Wissenschaftlern aus 12 Ländern.

Der H1-Detektor wurde 1992 fertiggestellt und steht seitdem in der Halle Nord von HERA. H1 ist ein Universaldetektor mit einer Masse von ca. 2800 t und einem räumlichen Ausmaß von 12 m x 10 m x 15 m.
Eine Aufrisszeichnung zeigt die einzelnen Schichten, aus denen der H1 Detektor aufgebaut ist.

Da die Aufrisszeichnung sehr groß ist und weiter unten die einzelnen Komponenten beschrieben werden, lässt sich die Zeichnung in einem eigenen Fenster öffnen. So kann man - ohne die Bildlaufleisten bedienen zu müssen - zwischen Programm und Bild hin- und herschalten. Drücke zum Laden des Bildes auf folgenden Button.

Verkleinerung der Aufrisszeichnung; Zum Laden in voller Größe Button drücken

Strahlrohr und Strahlmagnete (1)

Im evakuierten Strahlrohr

fliegen die Elektronen und Protonen, deren Bündel durch die Strahlmagnete fokussiert werden.

Zentrale Spurkammer (2)

Die zentrale Spurkammer ist eine Drahtkammer

, in der die Teilchenspuren in allen Richtungen um den Kollisionspunkt herum registriert werden.

Bild links:
DESY, Hamburg

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Vorwärtsspurenkammer (3)

Die Vorwärtsspurenkammer ist ebenfalls eine Drahtkammer

, detektiert aber nur in Flugrichtung der Protonen, da hier mehr Teilchen erwartet werden. Die Protonenenergie beträgt 820 GeV, die Elektronenenergie 27 GeV.

Während der Montage der Vorwärtsspurenkammer

Bild links:
DESY, Hamburg

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Elektromagnetisches Kalorimeter (4)

Dieses Kalorimeter

dient zur Detektierung von Teilchen, die an elektromagnetischen Wechselwirkungen beteiligt sind (z.B. Elektronen, Positronen, Photonen).

Hadronisches Kalorimeter (5)

Hier werden die Hadronen detektiert, die ihre Energie hauptsächlich durch Wechselwirkung mit Atomkernen verlieren

Supraleitende Spule (6)

Eine supraleitende Spule mit etwa 5,8 m Durchmesser und gleicher Länge erzeugt das Magnetfeld für die H1-Apparatur (1,2 T). Dadurch werden geladene Teilchen auf eine Kreisbahn gezwungen. Aus den Teilchenbahnen, die die Detektoren (2) bis (5), die sich im Feld dieser Spule befinden, liefern, können so die Impulse der Teilchen bestimmt werden. Die Spule wird mit flüssigem Helium aus der zentralen Kälteanlage des DESY auf -269°C gehalten. Sie ist von einem 2000 t schweren Eisenjoch umgeben, das der Konzentration des Magnetfeldes dient.

Blick auf die supraleitenden Spule des H1-Detektors

Bild links:
DESY, Hamburg

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Kompensationsmagnet (7)

Der Kompensationsmagnet erzeugt ein Magnetfeld, das dem der supraleitenden Spule (6) genau entgegenwirkt, so dass nur innerhalb der supraleitenden Spule ein Magnetfeld erzeugt wird. Die äußern Detektoren werden nicht zur Impulsmessung verwendet.

Helium-Kälteanlage (8)

Diese Anlage kühlt die supraleitende Spule (6).

Müonen-Kammer (9)

Die Müonen-Kammer besteht aus einem Kalorimeter

und detektiert die Teilchen, die nicht durch die vorhergehenden Detektoren gestoppt wurden. Zu diesen Teilchen gehören die Müonen und hochenergetische Hadronen.

Bild links:
DESY, Hamburg

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Müon-Toroid-Magnet (11)

Dieser Magnet liegt zwischen den zwei Schichten der Müon-Kammer und lenkt die detektierten Teilchen ab. So können die Teilchen aufgrund ihrer unterschiedlichen Ablenkung weiter unterschieden werden.

warmes Kalorimeter (12)

Dient hauptsächlich zur Detektrierung von nicht geladenen Teilchen. Man spricht hier von einem warmen Kalorimeter, da es im Vergleich zum Vorwärts-Kalorimeter bei Zimmertemperatur betrieben wird.

Vorwärts-Kalorimeter (13)

Hier werden Teilchen in Flugrichtung der Protonen detektiert. Das Vorwärts-Kalorimeter wird stark gekühlt.

Betonabschirmung (14)

Absorbiert die restlichen Teilchen, die im Detektor nicht gestoppt wurden.

Informationen zum Experiment

H1 ist für die genaue Ausmessung der hochenergetischen Teilchen und Teilchenbündel ausgelegt, die bei der Kollision von Elektronen und Protonen in HERA entstehen. Der Identifizierung von Teilchen, besonders von Elektronen und Müonen, wurde ein hoher Stellenwert eingeräumt.

Entwurf und Herstellung des Kalorimeters war eine der aufwendigsten Aufgaben für die Wissenschaftler und Ingenieure beim Bau von H1. Die Messung der Energie der Teilchenbündel wird mit Flüssig-Argon- Ionisationskammern besonders stabil und zuverlässig durchgeführt. Der Wechselwirkungsbereich ist fast vollständig vom Kalorimeter umgeben, so dass praktisch alle erzeugten Teilchen erfasst werden. Weiterhin ist das

Kalorimeter in kleine Zellen unterteilt, wodurch eine gute Ortsauflösung erreicht wird.

Die Bahnen geladener Teilchen werden mit Drahtkammern verschiedener Art gemessen. Die Genauigkeit beträgt etwa einen Zehntelmillimeter. Mit Hilfe eines Magnetfeldes kann der Impuls der Teilchen über die Krümmung der Spuren gemessen werden.

Die von der Apparatur aufgenommene Datenmenge ist sehr groß. Die Messergebnisse werden nach sorgfältiger Filterung und Sortierung im zentralen Rechner von DESY auf Magnetband-Kassetten gespeichert und später von den beteiligten Physikern mit Computern analysiert.