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2025-07-28T07:47:54Z

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{{Large Hadron Collider}}
{{Coordinate|NS=46/18/34/N|EW=6/4/37/E|type=landmark|article=ja|region=CH-GE}}
[[Datei:Compact_Muon_Solenoid_experiment.jpg|mini|Compact-Muon-Solenoid [[Teilchendetektor|Detektor]] am [[Large Hadron Collider|LHC]]]]
Das '''Compact-Muon-Solenoid'''-Experiment ('''CMS''') ist ein [[Teilchendetektor]] am [[Large Hadron Collider]] (LHC) am [[CERN]] in der [[Schweiz]]. Der Standort des Experiments ist eine unterirdische Halle im [[Teilchenbeschleuniger|Beschleunigerring]] bei [[Cessy]] in [[Frankreich]].

Die Hauptziele des Experiments sind:
* die Entdeckung des [[Higgs-Boson]]s (erreicht<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://press.cern/press-releases/2013/03/new-results-indicate-particle-discovered-cern-higgs-boson |titel=New results indicate that particle discovered at CERN is a Higgs boson {{!}} Media and Press Relations |werk=CERN |hrsg=CERN |datum=2013-03-14 |zugriff=2018-09-13 |sprache=en}}</ref>) und die Erforschung der Physik des Higgsbosons
* die Suche nach Hinweisen auf [[Supersymmetrie]] oder allgemein auf noch unbekannte Teilchen
* das Studium der Kollision [[Schwerion|schwerer Ionen]].<ref>[https://arxiv.org/abs/0806.1190 Aneta Iordanova, Heavy-Ion Physics with CMS], Rencontres de Moriond QCD and High Energy Interactions 2008</ref>
Die Gruppe umfasst mehr als 5800 Personen aus etwa 200 wissenschaftlichen Instituten weltweit.<ref>[https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/detail?id=CMS Liste der beteiligten Personen und Institute], abgerufen am 2. August 2015</ref>

Der Name des Detektors beschreibt sein Design:
* ''compact'': seine relativ geringe Größe (Zylinderform, 21 m lang, 15 m Durchmesser, ca. 14.000 [[Tonne (Einheit)|Tonnen]])<ref>[http://www.stfc.ac.uk/files/partner-publications/cern-the-compact-muon-solenoid-experiment/ ''The Compact Muon Solenoid Experiment''] http://www.stfc.ac.uk/, Science & Technology. Abgerufen am 20. Dezember 2015.</ref> im Vergleich zu den anderen Experimenten am LHC
* ''muon'': seine Fähigkeit, [[Myon]]<nowiki />spuren besonders gut zu vermessen
* ''solenoid'': seinen starken [[Zylinderspule|Solenoidmagneten]] (13 m lang, 6 m Durchmesser, [[Magnetische Flussdichte|Flussdichte]] der gekühlten [[Supraleitung|supraleitenden]] [[Niob]]-[[Titan (Element)|Titan]]-Spule max. 4 [[Tesla (Einheit)|Tesla]]).
Der Magnet ermöglicht – wie bei den meisten anderen Detektoren – die Bestimmung des Verhältnisses von [[Ladung (Physik)|Ladung]] zu [[Masse (Physik)|Masse]] durch Messung der Krümmung der Teilchenspur im [[Magnetismus|Magnetfeld]], ähnlich wie bei einem [[Massenspektrometer]].

Sprecher des Experiments ist zurzeit (2018) [[Joel Butler]],<ref>[http://cms.web.cern.ch/content/cms-management CMS management], abgerufen am 13. Februar 2018</ref> zuvor waren es [[Tiziano Camporesi]], [[Joe Incandela]], [[Michel Della Negra]], [[Tejinder Virdee]] und [[Guido Tonelli]]. 2012 war die CMS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden zweiten großen Kollaboration [[ATLAS (Detektor)|ATLAS]] an der Entdeckung eines neuen [[Boson]]s beteiligt, dessen Messergebnisse mit dem [[Higgs-Boson]] kompatibel sind. Die genauen Eigenschaften müssen noch weiter erforscht werden.

== Aufbau ==
[[Datei:CMS Cavern.jpg|mini|Kaverne für die Installation des Detektors]]
[[Datei:CMS Detector (End Caps).jpg|mini|Endkappen des Eisenjochs des Detektormagneten]]

Der CMS-Detektor ist in mehreren Schichten aufgebaut, die eine präzise Vermessung aller bei den Proton-Kollisionen entstehenden Teilchen erlauben.

Von innen nach außen besteht der Detektor aus folgenden Komponenten:
* Einem [[Silizium]]-[[Pixeldetektor]], d. h. einem [[Halbleiterdetektor]], welcher sehr kleine Siliziumstrukturen zum Nachweis geladener Teilchen verwendet. Die [[Ortsauflösung]] liegt im Bereich von 0,01 mm.
* Einem Silizium-Streifendetektor, der genau wie der Pixeldetektor Silizium als Nachweismaterial benutzt, allerdings mit einer schlechteren – absolut aber immer noch sehr guten – Ortsauflösung von deutlich besser als 0,1 mm.
* Einem elektromagnetischen [[Kalorimeter (Teilchenphysik)|Kalorimeter]] mit [[Bleiwolframat]]-[[Kristall]]en zum Nachweis von Photonen und Elektronen (bzw. Positronen)
* Einem hadronischen Kalorimeter mit Messing-Platten, die sich mit Lagen von [[Szintillator]]en abwechseln, um [[Hadron]]en wie Protonen, Pionen oder Kaonen vermessen zu können.
* In dem Rückführjoch der Magnetspule befinden sich Myon-Kammern, die speziell auf den Nachweis von [[Myon]]en ausgelegt sind.

== Zusammenbau ==
Der Detektor wurde zunächst weitgehend an der Oberfläche zusammengebaut und getestet und anschließend in Einzelteilen in die Kaverne herabgelassen. Das Herablassen der großen Teile wurde am 22. Januar 2008 abgeschlossen.

Die Substrukturen des Silizium-Spurdetektors wurden auf dem CERN-Gelände zusammengefügt und getestet. Der Transport nach Cessy wurde im Dezember 2007 durchgeführt.<ref>{{Webarchiv |url=http://cmsinfo.cern.ch/outreach/CMSTimes.html |text=Meldung in der CMS Times |wayback=20080522094009 |archiv-bot=}}</ref>

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

=== Ursprung der Teilchenmassen ===
Da die [[elektroschwache Wechselwirkung]] eine [[Eichtheorie]] ist, sollten ihre Wechselwirkungsteilchen masselos sein. Tatsächlich wird aber bei [[W-Boson]]en und [[Z-Boson]]en eine Masse beobachtet. Eine mögliche Erklärung dafür ist der [[Higgs-Mechanismus]]. Die Teilchenmassen entstehen dabei durch die Kopplung an ein Higgs-Feld. Der gleiche Mechanismus kann auch allen anderen Teilchen eine Masse geben. Eine der Vorhersagen dieser Beschreibung ist die Existenz mindestens eines neuen Teilchens, des [[Higgs-Boson]]s. Die Kollaboration des CMS-Detektors hat zusammen mit der unabhängigen ATLAS-Kollaboration ein neues Teilchen entdeckt, das in allen gemessenen Eigenschaften mit den Vorhersagen für das Higgs-Boson übereinstimmt. Weitere Messungen werden die Eigenschaften genauer bestimmen und auch untersuchen, ob es das einzige solche Teilchen ist.

=== Supersymmetrie ===
Möglicherweise existiert zu jedem bekannten Teilchen ein [[Supersymmetrie|supersymmetrischer]] Partner, mit unterschiedlichem [[Spin]] und unterschiedlicher Masse, aber ansonsten ähnlicher Eigenschaften. Supersymmetrie würde einige offene Fragen der theoretischen Physik klären. Bislang (2015) wurden keine supersymmetrischen Partnerteilchen gefunden, die bisherigen Ausschlussgrenzen konnten jedoch stark verbessert werden.<ref>{{Internetquelle|url=https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMSPublic/PhysicsResultsSUS |titel=CMS Supersymmetry Physics Results|sprache=en|zugriff=2015-12-22}}</ref>

=== CP-Verletzung ===
[[CP-Verletzung]] ist ein Unterschied zwischen Materie und Antimaterie. Die bekannten Unterschiede sind zu klein, um zu erklären, wieso das Universum nur noch aus Materie besteht. Nach neuen Quellen von CP-Verletzung wird unter anderem bei der Untersuchung von [[B-Meson]]en gesucht, aber auch bei Zerfällen des Higgs-Bosons und anderer Teilchen.

=== Genauere Vermessung des Standardmodells ===
Das Standardmodell enthält mehrere freie Parameter, deren Werte nur experimentell ermittelt werden können. Dies sind insbesondere die Teilchenmassen. Dazu lassen sich einige Prozesse in [[Hadron]]en wie dem Proton nur schwer rein theoretisch beschreiben. Da der LHC Protonen zur Kollision bringt, ist ein Verständnis ihrer inneren Struktur wichtig. Messungen mit CMS helfen, die freien Parameter zu präzisieren und die Protonstruktur genauer zu beschreiben.<ref>[https://www.slac.stanford.edu/econf/C111215/papers/sutton.pdf Constraints on the proton parton distribution functions from the Large Hadron Collider], M.R. Sutton, ATLAS- und CMS-Kollaborationen, abgerufen am 22. Dezember 2015</ref>

=== Weitere Analysen ===
Neben den oben genannten Schwerpunkten wird allgemein nach neuen Dingen gesucht, beispielsweise hypothetische [[Micro Black Hole|mikroskopische Schwarze Löcher]], [[Graviton]]en, schwerere angeregte Zustände bekannter Teilchen, oder noch unbekannte schwere Teilchen allgemein.

== Weblinks ==
{{Commons}}
* [https://cms.cern/ CMS Hauptseite]
* [https://www.weltmaschine.de/cern_und_lhc/experimente_am_lhc/cms CMS auf weltmaschine.de] – der offiziellen Webseite der deutschen LHC-Forscher
* [https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/experimente/teilchenbeschleuniger/lhc/lhc-experimente/cms/ Ausführlicher Artikel zum CMS auf Welt der Physik] (deutschsprachig)
* [https://www.lhc-facts.ch/index.php?page=cms Aufbau des CMS-Detektors] (deutschsprachig)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Large Hadron Collider}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4664064-2}}

[[Kategorie:Internationales Forschungsprojekt]]

Compact Muon Solenoid - Versionsgeschichte

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