Ausbau des CMS-Spurdetektors

Um das Physikpotenzial des Large Hadron Colliders (LHC) voll auszuschöpfen, werden Beschleuniger und Detektoren sukzessive verbessert. Das ETP liefert signifikante Beiträge zum Upgrade des CMS-Spurdetektors.
Aufbau eines Moduls für den CMS-Pixeldetektor
Pixeldetektor-Modul
Übersicht des Modulkonzeptes und dessen Konstruktion
Übersicht des Modulkonzeptes und dessen Konstruktion
Modulteststation für Betriebstemperaturen bis -20°C
Modulteststation für Betriebstemperaturen bis -20°C
Bild eines aktuellen CMS Moduls
Bild eines aktuellen CMS Moduls

Der LHC-Beschleuniger und die LHC-Experimente sollen mindestens bis 2035 betrieben und dabei sukzessive verbessert werden. Die Leistungsfähigkeit des CMS-Spurdetektors wird durch ein zweistufiges Upgrade sichergestellt, zu dem das Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP) signifikante Beiträge liefert. In der ersten Stufe wurde der Silizium-Pixeldetektor ersetzt, in der zweiten Stufe (Hochluminositätsphase, HL-LHC) wird der gesamte Spurdetektor erneuert.

 

 

 

 

Stufe 1: Silizium-Pixeldetektor

Der Pixeldetektor des CMS-Experiments wurde Anfang 2017 durch einen komplette Neubau ersetzt. Dessen Zielvorgaben sind einerseits eine genauere Rekonstruktion der Flugbahnen der bei den Kollisionen entstehenden Teilchen und andererseits eine Ausleseelektronik, die auch nach den zukünftig geplanten Luminositätssteigerungen eine saubere Trennung der zahlreichen Einzelereignisse ermöglicht.

Die Neuentwicklung fand in einer internationalen Kollaboration statt. Aus Deutschland waren daran das KIT, die RWTH Aachen, die Universität Hamburg sowie das DESY beteiligt. Diese Institutionen haben gemeinsam die vierte Detektorlage für den Zentralbereich des neuen Detektors produziert. Am ETP wurden in den Jahren 2015 und 2016 zusammen mit dem Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE) etwa 400 Module für den neuen Pixeldetektor des CMS-Experiments aufgebaut. Der neue Silizium-Pixeldetektor wurde bis zum Sommer 2017 in Betrieb genommen und nimmt seitdem an der Datennahme teil.

 

Stufe 2: Gesamter Spurdetektor

Im Rahmen des Phase 2 Upgrades des CMS Experiments wird der komplette Spurdetektor bis 2026 erneuert.

Das ETP trägt mit dem Bau von 2000 Siliziumdetektormodulen einen wesentlichen Teil zu diesem neuen Spurdetektor bei. Die Vorbereitungen auf diese Produktion beinhalten Beiträge in der Entwicklung der Bauprozeduren sowie den dazugehörigen präzisen Werkzeugen.

Zusätzlich werden am ETP Testsysteme entwickelt, welche die Detektormodule und dazugehörigen Komponenten sowohl in der Prototyp-Phase also auch in der Serienproduktion auf ihre Funktionsfähigkeit überprüfen.
Das ETP verfügt über mehrere Testsysteme um die Signaleffizienz bei höchsten Ausleseraten und späteren Betriebstemperaturen von bis zu –20°C zu überprüfen.

 

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