So genau hat noch nie jemand den Urknall unter die Lupe genommen: Der Protonenbeschleuniger LHC liegt in einem kilometerlangen Tunnelsystem rund 100 Meter unter der Erdoberfläche. Er wird noch im Laufe dieses Jahres fertig gestellt werden und soll Anfang 2008 den Betrieb aufnehmen. Wenn in ihm Protonstrahlen zusammenstoßen, werden enorme 14 Tera-Elektronenvolt frei " weit mehr Energie, als je ein vom Menschen gebauter Beschleuniger erzeugt hatte. Damit können die Bedingungen nachgestellt werden, die wenige Sekunden nach dem Urknall die Entwicklung des Universums bestimmten.
Um die energiereichen Reaktionen von Elementarteilchen gewissermaßen mit 80 Millionen Argus-Augen aus unmittelbarer Nähe zu beobachten, setzten Techniker und Wissenschaftler jetzt in das Herz des ATLAS-Detektors den Pixeldetektor ein. Er wurde in nationaler und internationaler Zusammenarbeit unter führender Beteiligung von Bonner Physikern entwickelt. "In solch frühe Urzeiten ist noch kein Experiment vorgestoßen", freut sich Professor Dr. Norbert Wermes vom Physikalischen Institut der Universität Bonn der das Pixeldetektor-Projekt der Universität Bonn leitet. Der Physiker erwartet neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Beschaffenheit der Elementarteilchen. "Vielleicht entdecken wir ja sogar bisher unbekannte Phänomene wie das Auftreten supersymmetrischer Teilchen", sagt Wermes. Sie könnten Licht in das Rätsel der Dunklen Materie im Universum bringen.
Eine 80-Megapixel-Digitalkamera
Der Detektor funktioniert ähnlich wie eine Digitalkamera, jedoch nehmen die 80 Millionen aktiven Zellen keine Bilder auf. Vielmehr vermessen sie die Spuren der "Trümmer", die in nur wenigen Zentimetern Entfernung bei der Kollision von extrem beschleunigten Teilchen entstanden sind. "Um sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, müssen wir die Spuren von etwa 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde mit einer Genauigkeit kleiner als eine Haaresbreite erfassen", erklärt Wermes.
Während der Entwicklung des Detektors betraten die Physiker in vielen Bereichen technisches Neuland. Unter deutscher Federführung wurden strahlenresistente Pixelsensoren und eine extrem schnelle Ausleselektronik entwickelt. Für die elektrische Verbindung dieser Sensoren wurde in Deutschland eine neuartige Mikro-Verbindungstechnologie weiterentwickelt, und für den sehr präzisen Aufbau wurden neue Wege in der Leichtbauweise beschritten.
Spitzenforschung auf internationalem Niveau
Mit dem Einbau des ATLAS-Pixeldetektors kommt ein internationales Gemeinschaftsprojekt der Grundlagenforschung auf höchstem technologischem Niveau nach zehn Jahren zu einem erfolgreichen Abschluss. Der Pixeldetektor wurde mit Beteiligung der Universitäten Bonn, Dortmund, Siegen und Wuppertal gebaut. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützte die Arbeit mit rund 10 Millionen Euro. Am gesamten ATLAS-Experiment beteiligen sich 13 deutsche Hochschulen, das Max-Planck-Institut für Physik sowie das Deutsche Elektronen Synchrotron DESY. Für die Förderung der beteiligten Hochschulen hat das BMBF im vergangenen Jahr einen Forschungsschwerpunkt eingerichtet, in dem die besten deutschen Forschergruppen Spitzenforschung auf internationalem Niveau betreiben. Ihr Sprecher ist Professor Wermes.
Pixeldetektoren eignen sich neben der physikalischen Grundlagenforschung auch für biomedizinische Bildgebungsverfahren. Insbesondere wenn hohe räumliche Auflösung und die Aufnahme zeitlicher Abläufe erforderlich ist, eröffnen diese Detektoren neue bisher nicht erreichte Möglichkeiten. Eine potentielle Anwendung er Technologie liegt in der digitalen Röntgen-Bildgebung, zum Beispiel in der Mammographie.
Kontakt:
Prof. Dr. Norbert Wermes
Physikalisches Institut der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-3533
E-Mail:
wermes@uni-bonn.de
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Der Pixeldetektor im ATLAS-Experiment. Foto: Sara Strandberg/CERN