Die Förderung des BMBF ist Teil des Rahmenprogramms „ErUM – Erforschung von Universum und Materie“. Unter der Leitung der Professoren Wolfgang Wagner und Christian Zeitnitz analysieren die Arbeitsgruppe Daten des ATLAS-Detektors, mit dem Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) aufgezeichnet werden. „Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Auswertung von Kollisionen, in denen Top-Quarks erzeugt werden. Denn das Top-Quark ist das mit Abstand schwerste aller Elementarteilchen und spielt deshalb bei vielen Phänomenen der Elementarteilchenphysik eine entscheidende Rolle“, erklärt Prof. Dr. Wagner.
Die Wuppertaler Physiker gehören zu den weltweit führenden Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Top-Quark-Physik. Im vergangenen Jahr richteten sie die jährliche Konferenz zur Top-Quark-Physik in Bad Neuenahr als Klausurtagung aus. Seit Oktober vergangenen Jahres ist Prof. Dr. Wagner Leiter der ATLAS-Arbeitsgruppe zur Top-Quark-Physik, in der 270 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt Messungen zum Top-Quark durchführen.
Die Analyse der vom ATLAS-Detektor bereit gestellten großen Datenmengen wäre in Wuppertal ohne entsprechende Rechnerinfrastruktur überhaupt nicht möglich. Deshalb betreibt die Wuppertaler Teilchenphysikgruppe einen großen Rechnerverbund. Neben der Bereitstellung von Ressourcen für die eigenen Analysen dienen die Rechner auch der Simulation von Kollisionsereignissen, die der ganzen ATLAS-Kollaboration zur Verfügung stehen. Der Ausbau der Rechnerinfrastruktur in Wuppertal wird vom BMBF in den kommenden drei Jahren mit 450.000 Euro gefördert.
„In einem gesonderten Projekt wollen wir außerdem die experimentunabhängige Nutzung der Rechner vorantreiben und so die Effizienz von Rechnerverbünden erhöhen“, erläutert Prof. Dr. Zeitnitz. Zurzeit findet am LHC keine Datennahme statt, denn der Beschleuniger und die Detektoren werden zwei Jahre lang gewartet. „Von 2021 bis 2023 werden wir dann noch einmal Daten nehmen und die Datenmenge verdoppeln“, berichtet Prof. Dr. Zeitnitz. Danach werden große Teile des ATLAS-Detektors ausgebaut und ersetzt werden, denn der Detektor, der im Jahr 2008 seinen Betrieb aufnahm, ist in die Jahre gekommen. Auch der Pixelspurdetektor, an dem die Wuppertaler Gruppe maßgeblich mitgebaut hat, wird im Jahr 2025 durch einen Neubau ersetzt werden.
Für die Entwicklung und den Kauf von Komponenten sind ein Großteil der Fördermittel vorgesehen. „Wir werden das Detektorkontrollsystem in Wuppertal neu konzipieren und aufbauen. Eine wichtige Komponente dieses Systems sind strahlenharte, hochintegrierte Schaltkreise, die wir in unserer Gruppe entwickeln“, erklärt Prof. Dr. Zeitnitz. Weitere Teilprojekte für den Neubau des Pixeldetektors dienen der schnellen Auslese des Detektors mit hoher Bandbreite im Gigahertzbereich und der Bestückung von Trägerstrukturen aus Karbonmaterial mit Detektormodulen. Die zweite Betriebsphase des LHC soll von 2026 bis 2037 dauern. Die Datenmenge soll in diesem Zeitraum gegenüber der ersten Phase verzehnfacht werden, so dass noch genauere Messungen möglich werden.
