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Neue Dimensionen in der Teilchenforschung

Hightech-Lasertechnologie verschiebt Grenzen

Das Europäische Zentrum für Teilchenforschung (CERN) in Genf ist das weltweit grösste Labor für Teilchenphysik. In riesigen Tunneln werden dort Protonen auf gegenläufigen Bahnen bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. An mehreren Stellen befinden sich Detektoren, welche die Kollisionen der Teilchen aufzeichnen. Die Kühlkonstruktion des Pixeldetektors im Herzstück des CMS-Detektors (Compact Muon Solenoid) wurde in der createch ag heliumdicht lasergeschweisst.

Nach knapp 10 Jahren Forschung wurde der Pixeldetektor, das Herzstück des riesigen CMS-Detektors im Large Hadron Collider (LHC) ersetzt. Bei dieser Maschine handelt es sich um eine Art Hochgeschwindigkeits-Digitalkamera mit neu 124 Megapixel, welche es den Forschern am CERN ermöglicht, bis zu 40 Millionen Bilder pro Sekunde aufzunehmen.

Der Pixeldetektor wurde auf einem lasergeschweissten Kühlrohrsystem aufgebaut. Die heliumdicht laserverschweissten Röhrchen mit einem Durchmesser von 1,8 Millimetern wurden einzeln auf speziell dafür entwickelten Aufnahmevorrichtungen mit einem Zusatzwerkstoff verschweisst. Die bis zu 2,5 Meter langen Kühlrohrsysteme prüften wir anschliessend mit einem Heliumlecktest auf ihre Dichtheit.

Das Kühlrohrsystem dient zur optimalen Kühlung der mit dem Kühlsystem verbundenen Siliziumschichten. Wenn elektrisch geladene Teilchen durch diese Schichten in den Detektor dringen, erzeugen sie umkehrbare Störungen, die als Elektron-Loch-Paare bezeichnet werden. Sobald die Elektronen in den Sensor wandern, können Wissenschaftler das Signal registrieren, die Daten digitalisieren und die räumlichen Koordinaten der Kollision bestimmen. Mit diesen Daten erforschen Physiker die Natur in den kleinsten feststellbaren Einheiten des Raum-Zeit-Gefüges. So finden sie heraus, wie Elementarteilchen interreagieren.