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7. Der Aufbau eines Großdetektors
Großdetektoren bestehen aus mehreren Teildetektoren, die unterschiedliche Eigenschaften der Teilchen zum Nachweis benutzen. Sie sind so aufgebaut, dass sie das zentrale Strahlrohr umschließen.
Die folgende Abbildung zeigt, wie ein solcher Detektor schichtweise zusammengesetzt ist und den Teilchenstrahl wie Zwiebelschalen umgibt.

Das folgende Bild zeigt den Querschnitt durch einen Teilchendetektor. Man blickt in die Richtung, in der die kollidierenden Teilchen im Strahlrohr laufen, d. h. senkrecht zur Zeichenebene. Deutlich erkennt man, dass die unterschiedlichen Teilchen durch Kombination der Information von verschiedenen Detektorschichten nachgewiesen werden, was auf der nächsten Seite im Detail erklärt wird.


Hier im Einzelnen, wozu die verschiedenen Teile dienen und wie sie funktionieren:
Spurdetektor
Im Spurdetektor wird die Bahn der entstandenen Teilchen mit hoher Ortsauflösung aufgezeichnet. So kann der Impuls gemessen werden. Dazu wird mit einem Elektromagneten ein starkes Magnetfeld von ca. 1 bis 2 Tesla erzeugt, das geladene Teilchen auf eine Kreisbahn zwingt. Aus dem Bahnradius kann der Impuls der Teilchen bestimmt werden. Der innere Teil des Spurdetektors besteht aus mehreren Schichten von Halbleiterdetektoren oder Drahtkammern mit großer Ortsauflösung. Der äussere Teil des Spurdetektors besitzt eine etwas geringere Auflösung, dafür wird aber ein größeres Volumen um das Experiment abgedeckt,. Im Spurdetektor durchfliegen die Teilchen möglichst wenig Materie, um sie nicht zu stoppen.
Elektromagnetisches Kalorimeter
Im elektromagnetischen Kalorimeter verwendet man dichteres Material. Die Teilchen geben durch elektromagnetische Wechselwirkung im elektrischen Feld der Elektronen und Atomkerne des Materials Energie ab. Dabei wird die Dicke des Kalorimeters so gewählt, dass Elektronen, Positronen und Photonen, d. h. leichte elektromagnetisch wechselwirkende Teilchen, ihre ganze Energie verlieren und absorbiert werden.
Hadronisches Kalorimeter
Im hadronischen Kalorimeter sind die Absorptionsschichten im allgemeinen sehr dick und bestehen aus Material mit sehr massiven Atomkernen (meist Eisen, Blei, oder sogar Uran), so dass Hadronen, d. h. Teilchen, die den Kernkräften unterliegen, z.B.Protonen, Neutronen oder Pionen, ihre gesamte Energie abgeben und absorbiert werden.
Myonenkammer
Myonen, die massereicheren Partner der Elektronen aus der 2. Bausteingeneration, hinterlassen in allen bisher besprochenen Detektorkomponenten nur eine Ionisationsspur, und verlassen diese dann wieder fast ungebremst. Dies liegt daran, dass sie zu schwer sind, um vom elektromagnetischen Kalorimeter absobiert zu werden. Danach passieren sie, weil sie genau wie Elektronen nicht der Starken Wechselwirkung unterliegen, auch das hadronische Kalorimeter nahezu ungehindert. Ausserhalb des hadronischen Kalorimeters registrieren Myonenkammern (Draktkammern oder einfache Szintillatoren) dann die Ionisation dieser durchdringenden Teilchen. Myonen sind die einzigen messbaren Teilchen, die es vom Wechselwirkungspunkt bis hier außen (und noch viel weiter) schaffen.
Ein schönes Beispiel für einen geschichteten Aufbau eines Großdetektors am CERN ist das OPAL-Experiment, das unsere Schülergruppe im Dezember 1999 besuchte.