30/01/2013 - Tage des spanischen Netzwerks der Zukunfts-Linienbeschleunigungs-Beschleuniger

Menéame

Los Linearkollisionsgeräte die nächste Generation von Beschleunigern nach der Großer Hadron-Kollisator (LHC, Large Hadron Collider). Diese neuen Maschinen werden es ermöglichen, die im LHC durchgeführten Untersuchungen zu vertiefen, indem sie Licht auf das Wissen der Materie und der Kräfte werfen, die darauf wirken.

Am 15. Dezember wurden in Tokio Entwürfe für die Entwürfe eines der Vorschläge für diese Maschinen, des sogenannten Internationalen Lineal Collider (ILC, International Linear Colider) und ihre möglichen Detektoren. Dieser Beschleuniger, von einigen 31 km Längeproduziert pro Sekunde, 14.000 Elektronen- und Positronkollisionen Energie 500 GeV. Zur Untersuchung der Produkte dieser Kollisionen wurden zwei sogenannte Detektoren vorgeschlagen: ILD (International Large Detector, Big Detektiv International) und SiD (Silicon Detector, Silicius-Detektor).

Ein alternatives Gaspedal ist CLIC (Compact Linear Collider, Linear Compact Colider) die potenziell viel höhere Energien erreichen könnte, deren Technologie jedoch weniger entwickelt ist. Längerfristig könnte CLIC zum Nachfolger des ILC werden.

Die spanische wissenschaftliche Gemeinschaft, insbesondere die CIEMAT, sind sie sowohl an der Gestaltung des Beschleunigers als auch der Detektoren aktiv beteiligt.

Im Bereich der Detektoren besteht eine der wichtigsten Herausforderungen darin, die Energieauflösung gegenüber den aktuellen Detektoren um einen Faktor zwei zu verbessern. Diese Detektoren nutzen so genannte Kalorimeter, bei denen die Energie der Teilchen durch ihre Interaktion mit dichten Materieblöcken gemessen wird, wo das Teilchen absorbiert wird und ein Teil seiner Energie in ein messbares Signal umgewandelt wird (elektrische Ladung, Licht, ...) proportional zur einfallenden Energie. Die Partikel erzeugen in ihrer Interaktion mit dem Medium neue Teilchen, die wiederum wieder interagieren, und so weiter, indem sie innerhalb des Kalorimeters einen Wasserfall von Partikeln erzeugen, deren Größe von der Art und Energie des Ausgangsteilchens abhängt. In den so genannten Probenahmekalorimetern werden Schichten von absorbierendem Material, in denen die einfallenden Partikel absorbiert werden, durch einen Wasserfall von neuen Partikeln, die zum größten Teil in das Material aufgenommen werden, mit Lagen des Lesemediums, in dem das messbare Signal erzeugt wird, in denen sich die Sensoren befinden, die es abholen können. Diese traditionellen Kalorimetrie-Technologien ermöglichen es zwar nicht, die notwendige Energieauflösung zu erhalten, aber es wurde festgestellt, dass diese durch die Verwendung von Partikelstromalgorithmen erreicht werden könnte, die die Informationen der Hadronsäure- und elektromagnetischen Kalorimeter zusammen mit dem zentralen Spurendetektor im innersten Teil des Experiments kombinieren, der es ermöglicht, die Spuren der Partikel zu erkennen und ihre Zeit zu messen. Dazu müssen Kalorimeter nicht nur genaue Informationen über die vom Teilchen abgelagerte Energie, sondern auch über ihre Flugbahn liefern. Diese Informationen können über die Position der Sensoren, die die Signale erfassen, gewonnen werden. Diese Algorithmen werden bereits in LHC-Experimenten verwendet, aber um die erforderlichen Genauigkeiten im ILC zu erreichen, werden Kalorimeter mit sehr hoher Lesesegmentierung sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung benötigt, um Signale aus zwei nahe gelegenen Partikeln zu unterscheiden. Diese Segmentierung kann in der Größenordnung von 100 Millionen Lesekanälen liegen, verglichen mit den Zehntausenden der heutigen LHC-Heizgeräte. Dies stellt eine große Herausforderung aus elektronischer und auch mechanischer Sicht dar, da die Systeme gleichzeitig sehr kompakt sein müssen, da sie sich innerhalb eines Magneten befinden müssen. 

Mitte Dezember fand in Valencia die IX Tage des Spanischen Netzes der Zukunfts-Linienbeschleunigungs-Beschleuniger; Tage, die auf die Koordinierung und die gemeinsame Nutzung der Aktivitäten der spanischen Gruppen in Beschleunigern und Detektoren für einen zukünftigen linearen Zusammenstoß abzielen.

An diesen IX Tagen stellte der ICESAT die FuE-Entwicklungen des Prototyps eines halb-ligitalen Kalorimeters mit Halb-Hadronsäure vor (SDHCAL, Semi-Digital Hadronic Calorimeter) die GRPC (Glass Resistive Plate Chambers) als aktives Medium und wo jeder Sensor 1x1 cm2 misst. Neben der hohen Segmentierung ist das Neuartige an diesem Kalorimeter, dass die Messung im halbligitalen Modus durchgeführt wird, indem man zählt, wie viele und welche Sensoren jede Signalschwelle überschreiten, anstatt das gesammelte Gesamtsignal zu bilanzieren. Die ersten Ergebnisse der Partikelbündeltests in der CERN (European Organization for Nuclear Research, Europäisches Labor für Partikelphysik) eines SDHCAL-Prototypen, teilweise im ICESAT gebaut, 1m3 und etwa eine halbe Million Lesekanäle.

An diesen Entwicklungen beteiligen sich Forscher und Ingenieure der Abteilung für Experimentale Physik der Hochenergien der Abteilung für Grundlagenforschung und Elektronik der Abteilung Technologie in Abstimmung mit verschiedenen Gruppen der internationalen FuE-Zusammenarbeit CALICE der der ICESAT seit 2007 Mitglied ist. Diese Zusammenarbeit ist auf die Forschung und Entwicklung verschiedener hochsegmentierter Kalorimeter für zukünftige lineare Kollisionssensoren gewidmet.

Darüber hinaus hat die Gruppe "Beschleunigertechnologie" innerhalb der Einheit für Elektroingenieurwesen, auch vom ICES-Bereich Technologie, legte den Stand seiner Tätigkeiten im Zusammenhang mit der Entwicklung von Komponenten für künftige lineare Kollisions-Treiber vor, die Ausrüstung für die beiden genannten ILC- und CLIC-Beschleuniger umfassen.

Im Rahmen der Tätigkeiten des ILC werden auch die Tätigkeiten des europäischen Freien Elektron Lasers (E-XFEL, European X-Ray Laser Project XFEL) auf der Grundlage eines linearen Beschleunigers, der begrifflich dem für ILC vorgeschlagenen entspricht. In diesem Zusammenhang wurde über den Zustand der kombinierten Supraleitermagnete, Phaser-Shuttlemagnete, Positioniertische und Steuerungselektronik berichtet.

Im Zusammenhang mit CLIC hat die Gruppe eine wichtige Rolle bei der Realisierung bestimmter Komponenten und insbesondere bei der Entwicklung der sogenannten PETS (Power Extraction Transfer Structures, Leistungsübertragungsstrukturen ), die für den Betrieb der Maschine von entscheidender Bedeutung sind und sich auf ein neues und völlig anderes Beschleunigungsprinzip als ILC stützen.

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