CMS, LHC und CERN

Installation der Muon-Kammern des Typs GE1/1 mit deutscher Beteiligung erfolgreich abgeschlossen (20.11.2020)

Mit dem Abschluss der Installation der Myon-Kammern in der sogenannten GE1/1-Station im September 2020 hat CMS einen wichtigen Meilenstein erreicht. Zusammen mit der ME0-Station und der GE2/1-Station ist die GE1/1-Station Teil des Muon-Upgrades für den High Luminosity LHC. Das Myonsystem von CMS ist komplex und besteht bisher aus drei Arten von Gasdetektoren. In den Endkappen werden im Rahmen des Phase-2 Upgrades zusätzliche Kammern im Vorwärtsbereich installiert, um eine exzellente Myon-Identifikation und Transversalimpuls-Auflösung auch unter erschwerten Bedingungen (z.B. höhere Teilchenraten) zu gewährleisten. In der Schnittzeichnung oben sind die neuen Detektorsysteme, also ME0, GE1/1, und GE2/1, in orange und rot eingezeichnet. Während die Kammern für ME0 und GE2/1 erst im Long Shutdown 3 (2025-2027) installiert werden, wurden die GE1/1-Kammern schon im laufenden Long Shutdown 2 eingebaut.

Copyright: CERN

Die Myonkammern in GE1/1 beruhen auf dem Gas Electron Multiplier (GEM)-Prinzip. Hierbei befinden sich in der gasgefüllten Kammer sehr dünne, mit Kupfer beschichtete Kunststoff-Folien, die mit mikroskopischen Löchern (50µm Durchmesser) versehen sind. Die zur Gasverstärkung benötigte Hochspannung wird nur über die Foliendicke angelegt, und in den Löchern bildet sich lokal ein hohes elektrisches Feld aus. Eine hohe Verstärkung kann so mit relativ niedrigen Spannungen erzielt werden, wodurch die häufig in Gasdetektoren auftretenden Probleme von Entladungen vermieden werden. Die in GE1/1 benutzen Detektoren haben drei GEM-Folien übereinander.

Ingesamt wurden 144 Kammern von einem Konsortium bestehend aus CERN und Instituten aus Belgien, Deutschland, Indien, Italien, Pakistan und der USA gebaut. Das III. Physikalische Institut A der RWTH Aachen beteiligte sich unter der Leitung von Prof. Thomas Hebbeker insbesondere an der Qualifikation der Kammern. So wurden 21 Kammern in Aachen wichtigen Tests unterzogen. Dies beinhaltete einen Test auf Gasdichtigkeit, eine Prüfung, ob die Kammern die angelegte Hochspannung halten, sowie die Bestimmung der Gasverstärkung. Außerdem beteiligten sich Physiker von der RWTH Aachen an Messungen von kosmischen Myonen mit einem Teststand am CERN.

Während nun die GE1/1-Kammern im CMS-Detektor in Betrieb genommen werden müssen, wird gleichzeitig der Bau der ME0- und GE2/1-Kammern vorbereitet. Die Physiker der RWTH Aachen beteiligen sich hier unter anderem mit Alterungsstudien, bei denen die Detektoren mit Röntgenstrahlung bestrahlt werden und ihre Funktionalität überwacht wird.

In einem Interview mit Dr. Kerstin Hoepfner und Giovanni Mocellin vom III. Physikalischen Institut A der RWTH Aachen wird das GE1/1-Upgrade und die Aachener Beteiligung genauer beleuchtet: Link

Aller guten Dinge sind drei: Aachener Gruppe liefert DC-DC-Konverter für den Phase-1 Pixel-Detektor zum CERN (31.7.2020)

Foto eines DC-DC-Konverters. Die Platine ist 28mm lang. Das schwarze Plättchen ist der Chip.

Am 10. Juli wurden etwa 1600 DC-DC-Konverter-Module von Aachen zum CERN geliefert, um in den nächsten Monaten in den Phase-1 Pixeldetektor eingebaut zu werden. Dies schließt eine einjährige Produktionszeit ab, in welcher die PCBs produziert, bestückt, getestet und thermisch zykliert wurden. Die DC-DC-Konverter sind integrale Bestandteile der Spannungsversorgung des Pixeldetektors, und sind ein Beitrag der Gruppe von Prof. Dr. Lutz Feld vom 1. Physikalischen Institut B der RWTH Aachen. Die DC-DC-Konverter wurden über mehrere Jahre entwickelt. Unter Verwendung eines DC-DC-Chips vom CERN namens FEAST entwickelte die Aachener Arbeitsgruppe Module, welche perfekt auf den Einsatz im Pixeldetektor angepasst sind.

Aufbau zum Test der DC-DC-Konvertermodule bei kalten Temperaturen.

Die DC-DC-Konverter haben eine komplizierte Geschichte. Die erste Generation wurde schon Anfang 2017 in den damals neuen Phase-1 Pixeldetektor eingebaut. Ende 2017 gab es jedoch Ausfälle, welche erst im Laufe des Jahres 2018 auf strahlenbedingte Schäden im Chip unter ganz bestimmten Betriebsbedingungen zurückgeführt werden konnten. Schon im Winter-Shutdown 2017/2018 wurden jedoch alle DC-DC-Konverter gegen "frische", aber identische, DC-DC-Konverter ausgetauscht. Diese zweite Produktion musste die Gruppe der RWTH Aachen unter enormem Zeitdruck stemmen. In 2018 gab es keine Ausfälle, da die auslösenden Bedingungen durch Änderungen im Betrieb vermieden wurden. Nachdem das Problem schließlich verstanden war, wurde vom CERN eine neue Version des Chips entwickelt. Mit diesem neuen, verbesserten Chip wurde nun zum dritten - und hoffentlich letzten - Mal die komplette Menge von DC-DC-Konvertern gebaut. Diese Version hat nun die benötigte Toleranz gegen Bestrahlung und Einschränkungen in der Nutzung sind nicht mehr nötig.

Dr. Martin Lipinski und Dr. Katja Klein im Reinraum vor den Kisten mit fertig getesteten und verpackungsbereiten DC-DC-Konvertern.

Die Produktion und das Testen der dritten Generation wurde von Dr. Martin Lipinski geleitet. Die Bestückung fand wieder bei der Kuttig Electronics GmbH aus Rötgen, nahe Aachen, statt. Die Testprozedur beinhaltete elektrische Tests beim Bestücker und an der RWTH Aachen, sowie jeweils 10 Zyklen zwischen Raumtemperatur und -28°C, wobei die DC-DC-Konverter betrieben und vermessen wurden. Diese Tests konnten nur durch einen Schichtbetrieb zeitgerecht realisiert werden. Die Qualität der produzierten Boards ist exzellent; die Ausbeute betrug 98%.

Momentan befindet sich der LHC-Beschleuniger im Long Shutdown 2, und der Pixeldetektor ist ausgebaut. Zusätzlich zu neuen DC-DC-Konvertern wird er unter anderem auch komplett neue Pixelmodule in der innerste Lage im Zentralbereich bekommen, wobei hier ein verbesserter Auslesechip eingesetzt wird. Im Laufe des Jahres 2021 wird der Pixeldetektor wieder eingebaut und in Betrieb genommen werden, um dann im Run 3 des LHC Daten von noch höherer Qualität zu liefern.

CMS-Kollaboration reicht tausendste Veröffentlichung ein (24.6.2020)

Am 19. Juni 2020 hat die CMS-Kollaboration einen historischen Meilenstein erreicht: die tausendste wissenschaftliche Veröffentlichung wurde bei einer Zeitschrift eingereicht. Noch nie in der Geschichte der Hochenergiephysik hat ein Experiment so viele Publikationen erzielt. Gezählt werden hierbei nur Veröffentlichungen der gesamten CMS-Kollaboration in referierten Fachzeitschriften; hinzu kommen noch spezielle technische Publikationen, die z.B. nur von der Tracker-Gruppe veröffentlicht werden, und Konferenzberichte.

Die erste Veröffentlichung von CMS im Jahr 2008 hatte den Titel "The CMS experiment at the CERN LHC " und beschrieb den Aufbau des Detektors. Seitdem werden jedes Jahr ca. 100 Publikationen veröffentlicht. Die berühmteste Veröffentlichung von CMS, die schon über 10000-mal zitiert wurde, behandelt die Entdeckung des Higgs-Bosons und stammt aus dem Jahr 2012.

Eine chronologische Liste aller Publikationen kann man hier finden: Link
Alle Veröffentlichungen mit Kollisionsdaten sind hier nach Thema sortiert grafisch gegen die Zeit aufgetragen: Link
 
Weitere Informationen:
Ausführliche News-Meldung auf der CMS-Homepage: Link

Doktoranden von der RWTH Aachen, dem KIT Karlsruhe und DESY testen erste voll funktionale Spurdetektor-Module in einem Teststrahl (16.12.2019)

Eines der DCMS-Teststrahlmodule

Vom 25.11. bis zum 8.12.2019 fand am DESY ein Teststrahl-Experiment des CMS-Trackers statt, an dem sich die deutschen CMS-Gruppen intensiv beteiligten. Vier Siliziumstreifen-Module des Outer Trackers für das Phase-2 Upgrade wurden in einem Elektronstrahl getestet. Zum ersten Mal wurden Modulprototypen mit dem finalen Auslesechip und mit einem Service-Hybriden, welcher mit DC-DC-Konvertern bestückt ist und die optische Auslese der Module ermöglicht, im Strahl getestet.

Drei Module übereinander, vor dem Einbau in die Teststrahl-Box

Drei der vier Module wurden von den Gruppen des KIT und der Institute 1B und 3B der RWTH Aachen gebaut und für den Teststrahl zur Verfügung gestellt. Die Service-Hybride wurden vom 1. Physikalischen Institut B der RWTH Aachen entwickelt und gebaut. Die Gruppe vom DESY zeichnete verantwortlich für Design und Bau der Modulboxen: einer Box für ein einzelnes Modul, sowie einer Box, die die anderen drei Module aufnehmen konnte. Das einzelne Modul wurde als "device under test" in der Mitte eines Teleskops platziert, die anderen drei Module an dessen Ende. Das Teleskop erlaubt es, Spuren zu rekonstruieren, und gehört zur Infrastruktur des DESY.

Teleskop mit dem "device under test" in der Mitte, und der Box mit drei Modulen am linken Ende

Mehrere Studenten des KIT, der RWTH Aachen und des DESY nahmen am Strahltest teil, und beteiligten sich an den Vorbereitungen einschließlich Modulbau, an der Inbetriebnahme, sowie am Schichtbetrieb.

Nach der erfolgreichen Datennahme steht nun die Analyse der Daten an, an der sich die DCMS-Gruppen ebenfalls beteiligen werden.

CMS Industry Award geht an deutsche Firma (6.12.2018)

Die Kuttig Electronic GmbH wurde mit dem CMS Industry Gold Award ausgezeichnet, "for the successful fast track production of 1200 replacement DCDC converters for the pixel detector during the year end technical stop 2017/18". Die Kuttig Electronic GmbH ist eine mittelständische Firma mit Sitz in Roetgen. Sie ist spezialisiert auf die Fertigung elektronischer Baugruppen.
Die Verleihung fand am 3.12.2018 im Rahmen des CMS-Kollaborationstreffens am CERN statt. Der Firmeninhaber Herr Kuttig nahm den Preis selbst entgegen, und nutzte die Gelegenheit, den CMS-Detektor zu besichtigen. Das Foto zeigt Austin Ball (rechts), den Technical Coordinator von CMS, und Herrn Kuttig (links) bei der Zeremonie.
Während der Betriebsunterbrechung im Winter 2017/2018 mussten alle Spannungsversorgungsmodule (DC-DC-Konverter) des CMS-Pixeldetektors wegen einer Fehlfunktion in einem Chip, der auf den Platinen verbaut ist, ausgetauscht werden. Hierfür wurden unter enormem Zeitdruck unter der Leitung des 1. Physikalischen Instituts B der RWTH Aachen innerhalb von zwei Monaten 1200 neue DC-DC-Konverter hergestellt und getestet. Dies war nur möglich durch den beispielhaften Einsatz der Bestückungsfirma und durch das persönliche Engagement des Firmenleiters.

Der LHC feiert seinen 10. Geburtstag (10.9.2018)

Genau vor zehn Jahren, am 10. September 2008, zirkulierten zum ersten Mal Protonen im Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Dies war ein wichtiger Meilenstein für den weltgrößten Beschleuniger und eine notwendige Voraussetzung für das erfolgreiche LHC-Physikprogramm, an dem die deutschen CMS-Gruppen führend beteiligt sind.

Weitere Informationen:
https://home.cern/about/updates/2018/09/large-hadron-collider-10-years-and-counting?

Erste LHC-Test-Kollisionen 2018 in CMS aufgezeichnet (12.04.2018)

Lesen Sie mehr auf cern.ch

ATLAS und CMS feiern ihren 25. Geburtstag


Am 1. Oktober 1992 reichten die ATLAS- und CMS-Kollaborationen ihre Absichtserklärungen zum Bau von Detektoren für den geplanten Large Hadron Collider ein. 25 Jahre später haben beide Detektoren riesige Mengen an Kollisionsdaten aufgezeichnet und eine Vielzahl interessanter Analysen ermöglicht, mit der Entdeckung des Higgs-Bosons als vorläufigem Höhepunkt (Bild: CERN).
Mehr zu den "Geburtstagskindern" finden Sie unter:


http://home.cern/about/updates/2017/10/atlas-and-cms-celebrate-their-25th-anniversaries
http://cms25.web.cern.ch/
https://atlas.cern/atlas25

LHC-Betrieb wieder aufgenommen (29.04.2017)


Nach 17 wöchiger Pause wurden am 1. Mai zum ersten Mal in diesem Jahr wieder Protonen-Pakete im LHC beschleunigt. 2017 sollen insgesamt mindestens 45/fb an Kollisionsdaten bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV gesammelt werden


Link zur Mitteilung des CERN


Neuer Pixel-Detektor für CMS (03.03.2017)


CMS hat seit gestern ein neues "Herz". Strahlenschäden sowie die in den kommenden Datennahme-Perioden zu erwartenden höheren Ereignisraten machten es notwendig, den Pixel-Detektor des CMS-Experiments im Jahresende-Shutdown 2016/2017 auszutauschen. Wissenschaftler und Techniker der FSP104 Standorte DESY, Universität Hamburg, RWTH Aachen und Karlsruher Institut für Technologie KIT haben an der Entwicklung, dem Bau und nun auch dem erfolgreichen Einbau maßgeblich mitgearbeitet.

Am 2. März wurde der neue, verbesserte Pixel-Detektor, der die innerste Lage des zwiebelschalenartig aufgebauten Detektordesigns bildet, in den CMS-Detektor eingebaut (siehe Bild, Max Brice/CERN). Benedikt Vormwald von der Universität Hamburg war mit dabei und berichtete live.

Weitere Informationen finden Sie auch unter:
weltmaschine.de: Ein neues Herz für den Schweren
cern.ch: Open-heart surgery for CMS


Happy new year! (01.01.2017)


Wir wünschen allen Mitgliedern des FSP104 einen guten Start ins neue Jahr 2017!




LHC-Betrieb 2016 aufgenommen (18.05.2016)


Am 25. März beendete der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, der LHC am CERN, seinen alljährlichen Winterschlaf. Der gesamte Beschleunigerkomplex sowie die Experimente, die sich an verschiedenen Punkten des LHC-Ringes befinden, wurden in den vergangenen Wochen mit Protonen-Strahlen niedriger Intensität auf die Datennahme vorbereitet. Die Vorbereitungen sind nun abgeschlossen und Beschleuniger und Experimente sind bereit, riesige Mengen an Kollisionsereignissen bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufzuzeichnen.

„Der LHC-Betrieb läuft extrem gut“, bestätigt CERN-Direktor für Beschleuniger und Technologie, Frédérick Bodry, in einer CERN-Pressemitteilung. 2016 habe man sehr ambitionierte Ziele und plane etwa sechs mal mehr Kollisionsereignisse bereitzustellen als im vergangenen Jahr. Im nunmehr zweiten Jahr der Datennahme bei 13 TeV Schwerpunktsenergie verspricht sich CERN-Generaldirektorin Fabiola Gianotti, deutlich verbesserte Analysen des Higgs-Bosons und anderer Phänomene der Physik kleinster Teilchen sowie ein deutlich verbessertes Entdeckungspotential bei Suchen nach neuer, bisher unentdeckter Physik.

Das Higgs-Boson, dessen Entdeckung im Jahr 2012 den beiden Kollaborationen ATLAS und CMS gelang, komplettiert das Standardmodell der Teilchenphysik, eine Theorie, welche die aktuell beste Beschreibung der bekannten Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen liefert. Mit den Datenmengen, die 2016 zu erwarten sind, wollen beide Kollaborationen dieses Boson im Detail untersuchen. Trotz seines großen Erfolges kann das Standardmodell der Teilchenphysik nicht alle offenen Fragen beantworten, beispielsweise, warum in der Natur nur Materie sichtbar ist, während im Urknall Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen erzeugt worden ist, und woraus die sogenannte Dunkle Materie besteht, die etwa ein Viertel des gesamten Universums ausmacht.

Auch Wissenschaftler aus Deutschland sind an den beiden großen Experimenten ATLAS und CMS maßgeblich beteiligt. Forscher der RWTH Aachen, des DESY, der Universität Hamburg, des Karlsruher Institut für Technologie, und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster tragen signifikant zur CMS-Kollaboration und zu theoretischen Studien über Prozesse am LHC bei. Diese Aktivitäten werden im BMBF-geförderten Forschungsschwerpunkt FSP104 gebündelt, dessen Sprecher, Prof. Dr. Thomas Müller vom KIT, weitere Informationen geben kann.


LHC startet Phase II mit Rekordenergie (03.06.2015)


Nach zwei Jahren Pause hat der LHC den Betrieb wieder aufgenommen. Heute morgen gegen 10:00 wurden die Protonstrahlen erstmals auf die neue Rekordenergie von 6,5 TeV beschleunigt und auf stabilen Bahnen auf Kollisionskurs gebracht. Nachdem der LHC "stable beams" erklärt hatte, konnten wir den CMS Detektor eingeschalten und die ersten Ereignisse aufzeichnen. Wir sind sehr gespannt,
welche Überraschungen wir bei der neuen Energie erwarten dürfen. Hier gibt es die neusten Infos vom LHC und von CMS.


CERN wird 60 Jahre (24.09.2014)


Die Gründung des europäischen Teilchenphysiklabors CERN jährt sich zum 60ten mal. Das CERN und auch die deutschen Teilchenphysiker feiern den Anlass unter dem Motto "Science for Peace". Mit dem Motto wollen wir darauf hinweisen, dass das CERN in 60 Jahren nicht nur große wissenschaftliche Erfolge vorzuweisen hat, sondern dass es selbst in Jahren großer politischer Spannungen Wissenschaftler aus unterschiedlichsten Ländern zu einer friedfertigen Kooperation zusammengebracht hat und damit zur Entwicklung von Frieden in Europa beigetragen hat.
Die zentrale Veranstaltung in Deutschland findet am 24.9. in Bonn statt. Eine Livestream wird geschaltet werden. Infos direkt vom CERN findet man hier: http://cern60.web.cern.ch/en.


Bundespräsident Gauck besucht das CERN (02.04.2014)


Das Forschungszentrum für Teilchenphysik CERN in Genf hat hohen Besuch: Bundespräsident Joachim Gauck besichtigt während seines Aufenthalts in der Schweizerischen Eidgenossenschaft auch das europäische Forschungslabor. Im Mittelpunkt stehen die Detektoren, mit denen jüngst das Higgs-Teilchen entdeckt wurde, und der Dialog mit Forschern aus Deutschland. Professor Karl Jakobs von der Universität Freiburg, Sprecher der deutschen ATLAS-Gruppen, ist einer der Wissenschaftler, die dem deutschen Staatsoberhaupt den ATLAS-Detektor und den LHC-Beschleuniger erklären. „Das Interesse des Bundespräsidenten an der physikalischen Grundlagenforschung und insbesondere an deren Einfluss auf unsere Gesellschaft ehrt uns“, sagt Professor Jakobs stellvertretend für die Gemeinschaft der deutschen Teilchenphysiker.


Bundespräsident Gauck am CERN erwartet (27.03.2014)


Das CERN erwartet hohen Besuch: Am Mittwoch 2. April wird Bundespräsident Gauck im Anschluss an seinen Staatsbesuch in der Schweiz das europäische Forschungszentrum CERN besuchen. Wir freuen uns über das Interesse des Bundespräsidenten an unserer Forschung.

Hier findet man das Besuchsprogramm: http://www.bundespraesident.de/SharedDocs/Termine/DE/JoachimGauck/2014/04/140401-Schweiz-Besuch.html?nn=1891550


Cool Stuff – Der CMS-Spurdetektor im LHC Run 2 (21.03.2014)


Der LHC befindet sich in einer 2-jährigen Betriebspause, in der der Beschleuniger fit gemacht wird, für eine Erhöhung der Schwerpunktsenergie von 8 TeV im vergangenen Run auf 13 oder vielleicht sogar 14 TeV im kommenden Run. Die Experimente nutzen diese Zeit für technische Verbesserungen an den Detektoren. Die wichtigtigste Aktivität der CMS-Kollaboration während dieser Zeit ( Long Shutdown LS1) ist die Arbeit am zentralen Spurdetektor. Das Ziel ist es, die Betriebstemperatur des Detektors um ca. 25K abzusenken. Der größte Feind hierfür ist eine zu hohe Luftfeuchte, welche unweigerlich zu Kondensation und Eisbildung führen würde, und die sensible Elektronik binnen kürzester Zeit zerstören könnte. Die Experten nahmen das Problem gleich von mehreren Seiten in Angriff: eine Trockengasanlage mit 10-facher Kapazität wurde angeschafft und in Betrieb genommen, Luftfeuchtebarrieren und Isolationsmaterial wurden neu installiert oder verbessert, und eine grosse Zahl elektronischer Hygrometer wurde installiert, um die Wirksamkeit der Maßnahmen zu überwachen. Ende Januar konnte die Temperatur des Detektors erfolgreich auf -20°C abgesenkt werden. Alle Systeme (neu und alt) funktionieren wie erhofft, und der Spurdetektor wird nun bei der neuen Temperatur betrieben.

Frank Hartmann vom KIT - verantwortlich für den Spurdetektor - erklärt: "Beim Betrieb des LHCs wird der Spurdetektor permanent von Teilchen aus den Kollisionen am LHC bombardiert. Diese schädigen die empfindlichen Siliziumsensoren. Diese Schädigungen führen zu stark erhöhten Betriebsströmen, welche durch die tieferen Temperaturen exponentiell unterdrückt sind. Ohne den jetzigen Umbau wären wir nicht in der Lage, den Detektor in den nächsten Jahren überhaupt anzuschalten.“ Mit den Verbesserungen ist der Spurdetektor nun bereit für den LHC Run 2, welcher im Frühjahr 2015 seinen Anfang nimmt und bis hin zum Long Shutdown 3 im Jahr 2023 dauern wird.


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