LHCb

Large Hadron Collider (LHC) Anordnung der verschiedenen Beschleuniger und Detektoren des LHC
Detektoren des LHC	ATLAS CMS LHCb ALICE TOTEM LHCf MoEDAL
Vorbeschleuniger des LHC	Linearbeschleuniger für Protonen (Linac 2) und Blei (Linac 3) Proton Synchrotron Booster Proton Synchrotron Super Proton Synchrotron

Das LHCb-Experiment (für Large Hadron Collider beauty) ist eines von sechs Experimenten am Large Hadron Collider am CERN. LHCb ist unter anderem spezialisiert auf die Untersuchung der CP-Verletzung in B-Hadronen. Des Weiteren ermöglicht die Untersuchung von B-Meson-Zerfällen die Bestimmung verschiedener Parameter des Standardmodells.

Schnitt durch den LHCb Detektor

Aufbau des LHCb-Detektors

Da die untersuchten B-Mesonen und auch ihre Zerfallsprodukte größtenteils in Richtung der Strahlachse fliegen, ist der LHCb als Vorwärtsspektrometer aufgebaut: Er detektiert nur in einer Richtung Teilchen.

Vertex Detektor VELO

B-Mesonen haben eine sehr kurze Lebenszeit und zerfallen bereits nach wenigen Millimetern Flugstrecke. Mit dem VELO-Detektor soll eine genaue Positionsbestimmung des Zerfallsorts möglich sein.

Der Vertex-Detektor besteht aus 42 halbkreisförmigen Halbleiter-Spurdetektoren, die entlang des Strahls um den Kollisionspunkt herum angeordnet sind. Die Halbleiterdetektoren mit einer Dicke von jeweils 0,3mm haben eine Auflösung von 10 µm und die nächsten Teile befinden sich in einem Abstand von lediglich 7 mm zum Strahl. Durch diese Anordnung sollen die Kollisionspunkte mit einer Auflösung von unter 50µm ermittelt werden können.

Während der Testphase und bei der Befüllung des LHC kann es zu Instabilitäten des Strahls kommen. Um die strahlnahen Detektoren vor dem hochenergetischen Strahl zu schützen, sind die Detektoren auf Schlitten montiert und werden erst nach der Stabilisation des Strahls in die Strahlnähe gefahren, ansonsten befinden sie sich in der Ruheposition 35 mm vom Strahl entfernt. Das gesamte VELO-Detektorsystem befindet sich in einer Vakuumkammer, die Detektoren werden über ein CO2-Kühlsystem auf etwa −25 °C gekühlt.^[1]

RICH-Detektoren

Direkt hinter dem VELO-Detektor befindet sich der RICH-1-Detektor. Es handelt sich um einen Ring Imaging Čerenkov-Detektor, in dem aus der Tscherenkow-Strahlung geladener Teilchen beim Durchgang durch ein optisch dichtes Medium die Geschwindigkeit der Teilchen ermittelt werden kann.

Im RICH-1 kommen zwei optische Medien mit verschiedenem Brechungsindex zum Einsatz, zuerst eine Scheibe aus Aerogel gefolgt von einem mit Perfluorbutan-Gas (C₄F₁₀) gefüllten Raum, womit ein weites Impulsspektrum von 1-150 GeV/c vermessen werden kann. Die Tscherenkow-Strahlung wird über zwei Spiegelsysteme aus dem Strahlengang herausgeleitet und von einem System aus 196 Photodetektoren aufgenommen.^[2]

Der RICH-2-Detektor befindet sich weiter hinten und dient der Messung von Teilchen höherer Energie. Auf diese Art kann über einen großen Energiebereich hinweg die Geschwindigkeit der Teilchen und damit auch ihre Masse vermessen werden, was für die Teilchenidentifikation wichtig ist.

Tracking-System

Das Tracking-System besteht aus den Siliziumdetektoren des Trigger Tracker vor dem Magneten und den Drahtkammern des Outer Tracker bzw. den Siliziumdetektoren des Inner Tracker hinter dem Magneten. Damit kann die Flugbahn der Teilchen ermittelt werden - man kann die Spuren vor dem Magneten den Spuren hinter dem Magneten zuordnen und erhält über den Ablenkwinkel darin eine Messung des Teilchenimpulses.

Kalorimeter

In den Kalorimetern werden die meisten Teilchen gestoppt und ihre Energie sowie ihre Flugrichtung erneut bestimmt. Wichtig ist das vor allem für ungeladene Teilchen, da diese in den anderen Detektorteilen nicht beobachtet werden können. Dabei werden zunächst Elektronen, Positronen und Photonen im elektromagnetischen Kalorimeter (ECAL) gestoppt, im nachfolgenden hadronischen Kalorimeter (HCAL) werden dann alle Hadronen detektiert.

Myon-System

Den letzten Teil des Detektors bilden die Myon-Kammern: Diese sind speziell auf den Nachweis von Myonen ausgelegt, die bei einigen wichtigen Zerfällen im Detektor entstehen.

Weblinks

• LHCb Public Webpage
• LHCb auf weltmaschine.de - der offiziellen Webseite der deutschen LHC-Forscher
• LHCb section from US/LHC Website
• Aufbau des LHCb-Detektors (deutschsprachig)
• Bilder vom Aufbau des VELO-Detektors

Einzelnachweise

1. ↑ The Large Hadron Collider Beauty experiment / VELO. 15. Mai 2008, abgerufen am 20. März 2010 (englisch). 
2. ↑ The Large Hadron Collider Beauty experiment / RICH detectors. 15. Mai 2008, abgerufen am 21. März 2010 (englisch). 

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