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Teilchenphysik

LHCb-Detektorentwicklung

Entwicklung neuer Spurdetektoren für das LHCb-Upgrade

Für das Jahr 2018 ist ein Upgrade des LHCb Experimentes geplant, in dem wesentlich höhere Datenraten als mit dem bestehenden Detektor aufgezeichnet werden können. Spurdetektormodule aus szintillierenden Fasern (SciFi) mit Silizium-Photomultiplier-Auslese (SiPM) stellen eine wichtige Option für die Hauptspurkammern des Upgrade-Detektors dar. Ein derartiger Einsatz der SciFi-Technologie ist völliges Neuland in der Hochenergiephysik.

Die Hardwaregruppe des Lehrstuhls leitet die Entwicklung eines hochpräzisen, automatisierten Produktionsprozesses für Matten aus szintillierenden Fasern mit der dafür notwendigen Qualitätsanalyse. Weiterhin werden die Eigenschaften von szintillierenden Fasern und SiPMs - insbesondere unter Einfluss von Strahlung - untersucht, um ihre Eignung für einen Betrieb im Experiment zu testen.

Ein weiteres Standbein der Hardwaregruppe ist die Elektronikentwicklung. Die Auslese des Detektors muss mit einer Triggerrate von 40 MHz möglich sein. Derzeit wird das sogenannte Tell40-Board entwickelt, welches ein wichtiger Baustein in der Verarbeitungskette der Messdaten ist. Unsere Gruppe ist dabei für die Firmware verantwortlich, die mittels Hardwareprogrammierung auf Field Programmable Gate Arrays (FPGA) implementiert ist.

Das Triggersystem von LHCb

Die essentielle Voraussetzung jeder Physikanalyse an einem Hadronenbeschleuniger wie dem LHC ist die Online-Ereignisselektion im Triggersystem. Hier müssen pro Sekunde in Echtzeit aus den 14 000 000 Untergrund- und 100 000 Ereignissen mit b-Quark Paaren die 5000 interessanten Ereignisse herausgefiltert werden, die für die spätere Analyse gespeichert werden können. Die Möglichkeiten sowie die Effizienz des Triggersystems prägen das Physikspektrum jedes Experimentes und entscheiden damit über dessen Erfolg.

Das Triggersystem des LHCb-Experimentes ist in zwei Stufen unterteilt: die erste Stufe, implementiert in spezialgefertigter Elektronik, reduziert die Ereignisrate um einen Faktor zehn. Der weitaus komplexere Software-Trigger (HLT) reduziert anschließend die Ereignisrate um einen weiteren Faktor 200, um die Datenrate auf ein Level zu bringen, das für spätere Analysen gespeichert werden kann. Die Dortmunder Gruppe leistet maßgebliche Beiträge zur Entwicklung und zum Betrieb des High Level Triggers.

Wesentliche Komponente des Upgrades des LHCb-Experimentes ist die Entwicklung eines rein softwarebasierten Triggersystems, das die Detektorauslese und Ereignisrekonstruktion mit einer Datenrate von 40MHz ermöglicht. Unsere Gruppe ist leitend an der Entwicklung des Triggersystems und der Optimierung schneller Spurfindungsalgorithmen beteiligt.

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 15- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.