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{{Large Hadron Collider}}
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{{PanoViewer|CERN ATLAS Detector.jpg|360° Panorama des ATLAS Detektors am LHC}}
[[Datei:CERN Atlas Caverne.jpg|mini|ATLAS-Kaverne, Oktober 2004]]
[[Datei:Atlas november 2005.jpg|mini|ATLAS, November 2005]]
[[Datei:CERN Atlas Control Unit Pic5 2010-07-01.jpg|mini|Der ATLAS-Kontrollraum zur Techniküberwachung]]
'''ATLAS''' ist ein [[Teilchendetektor]] am [[Large Hadron Collider]] (LHC), einem [[Teilchenbeschleuniger]] am europäischen Kernforschungszentrum [[CERN]]. ATLAS war ursprünglich ein [[Apronym]] für {{lang|en|'''A T'''oroidal '''L'''HC '''A'''pparatu'''S'''}} (siehe [[Atlas (Mythologie)|Atlas]], auf Deutsch etwa: „Ein [[torus]]förmiger LHC-Apparat“), wird aber mittlerweile nur noch als Eigenname benutzt. Unter anderem wurde mit ATLAS das [[Higgs-Boson]], ein für die Erklärung der [[Masse (Physik)|Masse]] wichtiger Bestandteil, nachgewiesen. Außerdem sollen die derzeit kleinsten bekannten Bausteine der Materie, [[Lepton]]en und [[Quark (Physik)|Quarks]], auf eine etwaige Substruktur hin untersucht werden. Parallel zu ATLAS verfolgt auch der [[Compact Muon Solenoid|CMS]]-Detektor ein ähnliches Physikprogramm, sodass ein Ergebnis eines Experiments am jeweils anderen überprüft werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen mehr als 7600 Forscher aus etwa 215 Instituten weltweit teil.<ref>[https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/detail?id=ATLAS Liste der Teilnehmer], abgerufen am 2. August 2015</ref>

Der Bau des [[Large Hadron Collider|LHC]] wurde im Februar 2008 abgeschlossen, die ersten Teilchenkollisionen fanden 2009 statt. Geplant ist der Betrieb von ATLAS bis mindestens 2035.{{Zukunft|2035}}

Sprecher der Kollaboration ist seit 1. März 2021 [[Andreas Hoecker]]. Vorher waren [[Karl Jakobs]] (2017–2021), [[David Charlton (Physiker)|David Charlton]] (2013–2017), [[Fabiola Gianotti]] (2009–2013) und [[Peter Jenni]] (1995–2009) Sprecher der Kollaboration.<ref>{{Internetquelle |url=https://atlas.cern/discover/collaboration/management |titel=ATLAS Management |sprache=en |abruf=2022-02-13}}</ref>

2012 entdeckte die ATLAS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden [[Compact Muon Solenoid|CMS]]-Kollaboration das [[Higgs-Boson]]. Die genauen Eigenschaften werden noch weiter erforscht.

== Physik am ATLAS-Experiment ==
Mit dem ATLAS-Detektor wird das [[Standardmodell]] der Teilchenphysik überprüft und nach möglicher Physik jenseits des Standardmodells gesucht.

=== Ursprung der Teilchenmassen ===
Ein wichtiger Forschungsbereich ist die Frage, wie es zu den stark unterschiedlichen Massen der Elementarteilchen kommt. Die Massen reichen von den winzigen, noch nicht genau bekannten Massen der [[Neutrino]]s bis zur Masse des [[Top-Quark]]s, die der eines Gold-Atoms entspricht. Damit ist das schwerste Elementarteilchen mindestens 200 Milliarden Mal so schwer wie das leichteste. Untersucht wird in diesem Zusammenhang der [[Higgs-Mechanismus]]. Danach entstehen unterschiedliche Teilchenmassen, weil Teilchen unterschiedlich stark an das Higgsfeld koppeln. Daher werden [[Higgs-Boson]]en als Anregung des Higgsfeldes gemessen. Dies ist möglich, indem man die Zerfälle der Teilchen untersucht.<ref>''Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC''. ATLAS Collaboration. In: ''Phys. Lett.'', B716, 2012, S. 1–29, {{arXiv|1207.7214}}.</ref> Unklar bleibt aber auch mit dem Higgs-Mechanismus, wieso die Kopplungskonstanten so verschieden sind.

=== Vereinheitlichung der Wechselwirkungen und Supersymmetrie ===
Die Vereinheitlichung der vier [[Fundamentale Wechselwirkung|fundamentalen Wechselwirkungen]] zu einer [[Quantenfeldtheorie]], die auch die [[Gravitation]] mit einbezieht, bildet einen weiteren Forschungsschwerpunkt. Da diese Vereinheitlichung erst auf Energieskalen weit jenseits der in absehbarer Zeit experimentell erreichbaren Energien geschieht, ist eine direkte Beobachtung nicht möglich. [[Supersymmetrie]] ist eine Voraussetzung für eine Vereinheitlichung, weshalb mit ATLAS gezielt nach supersymmetrischen Teilchen gesucht wird. Gelänge es, supersymmetrische Partner der heute bekannten Elementarteilchen nachzuweisen, ließen sich zumindest drei der vier Grundkräfte in einer [[Große vereinheitlichte Theorie|großen vereinheitlichen Theorie]] kombinieren. Bislang (Stand: 2014) wurden keine neuen Teilchen entdeckt, die bisherigen Ausschlussgrenzen konnten jedoch verbessert werden.<ref>{{Internetquelle |url=https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/SupersymmetryPublicResults |titel=ATLAS Supersymmetry (SUSY) searches |hrsg=ATLAS Kollaboration |abruf=2013-10-29 |sprache=en}}</ref>

=== B-Physik ===
Darüber hinaus wird am ATLAS-Detektor auch [[B-Physik]] betrieben. Dabei wird der Zerfall von B-Mesonen und ihrer [[Antiteilchen]] beobachtet. Wenn sich dabei Unterschiede in den Wahrscheinlichkeiten für bestimmte [[Zerfallskanal|Zerfallskanäle]] zwischen Teilchen und Antiteilchen zeigen, ist dies eine Verletzung der [[CP-Symmetrie]]. Solche CP-verletzenden Prozesse sind Voraussetzung dafür, dass es im Universum, wie beobachtet, mehr Materie als [[Antimaterie]] geben kann. Diese Messungen ergänzen und überprüfen oft Ergebnisse des [[LHCb]]-Experiments, beispielsweise bei der Mischung von [[B-Meson|Bs-Mesonen]]<ref>{{Literatur |Hrsg=ATLAS Kollaboration |Titel=Time-dependent angular analysis of the decay Bs → J/psi phi and extraction of Delta Gamma_s and the CP-violating weak phase phi_s by ATLAS |Datum=2013-03-24 |arXiv=1208.0572}}</ref> oder den seltenen Zerfällen Bs → µµ und B0 → µµ<ref>{{Literatur |Hrsg=ATLAS Kollaboration |Titel=Study of the rare decays of Bs and B0 into muon pairs from data collected during the LHC Run 1 with the ATLAS detector |Datum=2016-09-29 |arXiv=1604.04263}}</ref>
Man hofft aber auch bisher unbekannte CP-verletzende Prozesse durch die Entdeckung neuer Teilchen zu finden.

=== Substruktur von Teilchen ===
Im Bereich der [[Elementarteilchenphysik]] wird untersucht, ob [[Lepton]]en und [[Quark (Physik)|Quarks]] eine Substruktur haben und also aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind. Damit könnte möglicherweise eine Antwort auf die Frage gefunden werden, ob es tatsächlich genau drei Generationen von [[Elementarteilchen]] gibt und ob es noch weitere unentdeckte Teilchen gibt. Bislang (Stand: 2014) wurde keine Substruktur gefunden und solche Modelle konnten teilweise ausgeschlossen werden.<ref>''Search for Production of Resonant States in the Photon-Jet Mass Distribution Using pp Collisions at √s=7 TeV Collected by the ATLAS Detector''. In: ''Phys. Rev. Lett.'' 108, 211802, 2012, {{arXiv|1112.3580}}.</ref>

=== Weitere Analysen ===
Neben diesen Hauptaufgaben ist der ATLAS-Detektor auch darauf ausgelegt, weitere Forschungsfelder abzudecken. Dazu zählen etwa Prozesse der [[Quantenchromodynamik]] sowie die Suche nach Teilchen mit anormalen [[Quantenzahl]]en wie beispielsweise [[Leptoquark]]s oder [[Dilepton]]en.

== Aufbau des Detektors ==
ATLAS hat die Form eines Zylinders mit einer Länge von 46 m und einem Durchmesser von 25 m und hat ein Gewicht von 7.000 Tonnen. Damit ist er der größte bislang gebaute Teilchendetektor.<ref>{{Internetquelle |url=http://press.cern/press-releases/2006/11/worlds-largest-superconducting-magnet-switches |titel=World’s largest superconducting magnet switches on |hrsg=CERN |datum=2006-11-20 |abruf=2016-11-12}}</ref> Das Experiment besteht aus vier übergeordneten Systemen. Die Systeme sind, wie bei Teilchendetektoren für [[Colliding-Beam-Experiment]]e üblich, in einer Zwiebelschalenstruktur angeordnet, wobei jede Schicht nur ausgewählte Teilchen und auch nur bestimmte Eigenschaften dieser Teilchen misst.

=== Magnetsystem ===
Das Magnetsystem erzeugt das magnetische Feld, welches geladene Teilchen ablenkt. Es besteht aus einem zentralen [[Solenoid (Zylinderspule)|Solenoid]]-Magnetfeld von 2 [[Tesla (Einheit)|Tesla]], dem Endkappen-Toroiden und dem Barrel-Toroiden. [[Toroidspule|Toroide]] sind Magnete in Form eines [[Torus]], welche im Inneren ein sehr homogenes Magnetfeld erzeugen. Durch die Krümmung der Flugbahn geladener Teilchen kann deren Impuls bestimmt werden.

=== Innerer Detektor ===
Der Innere Detektor besteht aus drei Subdetektoren. Der innerste Teil ist der ATLAS-Pixeldetektor mit vier Lagen [[Halbleiterdetektor|Siliziumsensoren]]. Die Sensoren beginnen in einem Abstand von 32 mm um den Wechselwirkungsbereich der Strahlen herum und erlauben eine hohe Auflösung der einzelnen Wechselwirkungspunkte. Um den Pixeldetektor herum schließt sich ein Silizium-Streifendetektor an, der weitere Spurpunkte zur Bestimmung der Flugbahn liefert. Der [[Übergangsstrahlungsdetektor|Übergangsstrahlungsspurdetektor]] (engl. {{lang|en|Transition Radiation Tracker}}, TRT) ist der äußerste Teil des inneren Detektors und registriert etwa 30 Spurpunkte pro durchgehendem ionisierenden Teilchen. Durch den Nachweis von Übergangsstrahlung kann außerdem zwischen [[Elektron]]en und [[Hadron]]en unterschieden werden.

=== Kalorimetersystem ===
Das [[Kalorimeter (Teilchenphysik)|Kalorimetersystem]] besteht aus einem elektromagnetischen Kalorimeter und einem hadronischen Kalorimeter. Das gesamte elektromagnetische und Teile des hadronischen Kalorimeters benutzen flüssiges Argon als aktives Detektormaterial und wurden deshalb in insgesamt drei [[Kryostat]]en eingebaut. Der äußere Teil des hadronischen Kalorimeters beruht auf [[Szintillator]]-Technik. Das elektromagnetische Kalorimeter bestimmt Impuls und Energie von elektromagnetisch wechselwirkenden Teilchen. Der [[Wechselwirkungsquerschnitt]] ist dabei umgekehrt proportional zur Masse des geladenen Teilchens, weshalb vorrangig Elektronen-Photonen-Schauer detektiert werden. Das sich nach außen hin anschließende hadronische Kalorimeter bestimmt die Energie der Hadronen.

=== Myon-Detektoren ===
Es werden zwei verschiedene Myon-Detektoren eingesetzt. Das erste System (''{{lang|en|precision chambers}}'') mit einer hohen Ortsauflösung wird primär zur Bestimmung von Spurverlauf und Impuls der Myonen eingesetzt, das zweite wird primär zur [[Trigger (Physik)|Triggerung]] benutzt, das heißt zur schnellen Markierung von physikalisch interessanten Ereignissen mit Myonen.
Die Myonen können getrennt von anderen Teilchen gemessen werden, da sie nicht an der starken Wechselwirkung beteiligt sind und wegen ihrer großen Masse die Kalorimeter ungestört durchqueren können.

== Literatur ==
* ''ATLAS Detector and Physics Performance.'' Technical Design Report, ATLAS Collaboration, 25 May 1999, [http://cds.cern.ch/record/391176 Volume 1.] CERN-LHCC-99-014, [http://cds.cern.ch/record/391177 Volume 2.] CERN-LHCC-99-015

== Weblinks ==
{{Commons|ATLAS experiment|ATLAS (Detektor)}}
* [http://www.atlas.ch/ Website der ATLAS-Kollaboration]
* [https://www.fsp103-atlas.de/ ATLAS-Webseite der deutschen LHC-Forscher]
* [http://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/experimente/teilchenbeschleuniger/lhc/lhc-experimente/atlas/ Die mit ATLAS untersuchte Physik], verfasst vom Physik-Koordinator des Experiments
* [http://www.lhc-facts.ch/index.php?page=atlas Aufbau des ATLAS-Detektors]
* [http://www.fsp101-atlas.de/ Die offizielle Seite des BMBF-Forschungsschwerpunkts „ATLAS-Experiment“ (FSP 101)]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Large Hadron Collider}}

[[Kategorie:Internationales Forschungsprojekt]]
[[Kategorie:Abkürzung]]

ATLAS (Detektor) - Versionsgeschichte

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