Unter anderem helfen die DESY-Forschenden dabei, die enorme Datenflut, die die Detektoren liefern, nach Anzeichen neuer Teilchen zu durchforsten – die Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen. Die DESY-Fachleute entwickeln Software für die Datennahme sowie für die Simulation, Rekonstruktion und Analyse der Kollisionen und führen theoretische Studien zur Physik am LHC durch. Regelmäßig reisen DESY-Expertinnen und -Experten nach Genf, um dort im Schichtbetrieb die Detektoren zu bedienen oder mit Kolleginnen und Kollegen aus aller Welt über die hochkomplexe Datenanalyse zu diskutieren. Für beide Detektoren wurden bei DESY Kontrollräume installiert, in denen die Güte der aktuell aufgezeichneten Messdaten aus der Ferne überprüft werden kann. Dabei profitieren die DESY-Forschenden von ihren Erfahrungen, die sie beim Betrieb des HERA-Beschleunigers in Hamburg sammeln konnten.

Im Rahmen seiner Interdisciplinary Data and Analysis Facility (IDAF) stellt DESY außerdem große Rechen- und Speichersysteme für die Verarbeitung der Daten der Experimente ATLAS, CMS und LHCb zur Verfügung. Dieses sogenannte Tier-2-Zentrum ist eines der größten unter den über 170 Zentren des weltweiten LHC-Computernetzwerks und wird von Forschungsgruppen auf der ganzen Welt genutzt. Eng daran angebunden ist die National Analysis Facility (NAF), ein Rechnerkomplex bei DESY, der allen deutschen, am LHC beteiligten Forschungsgruppen für die Physikanalyse zur Verfügung steht.

Upgrade für den LHC

Auch das bei DESY vorhandene Know-how im Bau und Betrieb von Detektoren ist bei den LHC-Experimenten sehr gefragt. CERN plant einen Ausbau des Beschleunigers, nach dem der LHC bis zu zehnmal mehr Protonenkollisionen erzeugen soll als bisher. Dafür müssen die Detektoren ebenfalls umgerüstet werden. An den Vorbereitungen für dieses „Luminositäts-Upgrade“ beteiligt sich auch DESY.

So soll etwa das Innere des CMS-Detektors komplett ersetzt und mit robusteren, leichteren und leistungsfähigeren Sensoren bestückt werden. Das Problem: Je mehr Kollisionen im Inneren eines Teilchendetektors passieren, desto stärker werden die Sensoren mit energiereicher Strahlung belastet. Standard-Chips, wie sie in einer Handykamera eingebaut sind, würden innerhalb kürzester Zeit ihren Dienst quittieren. Deshalb suchen die Forschenden gemeinsam mit der Industrie nach neuen, extrem widerstandsfähigen Sensormaterialien. Getestet werden diese unter anderem bei DESY in Hamburg und Zeuthen.

Doch die Detektoren sollen nicht nur strahlungsresistenter werden, sondern auch feinkörniger: Ähnlich wie Digitalkameras immer mehr Megapixel bieten, soll auch die Auflösung der Sensoren deutlich steigen. Dabei profitieren die Forschenden von der fortschreitenden Prozesstechnologie in der Chipfertigung.

In der Detector Assembly Facility (DAF) auf dem DESY-Campus in Hamburg baut das Forschungszentrum gemeinsam mit mehreren Universitäten je eine der über zwei Meter großen Endkappen der Silizium-Spurdetektoren für die Experimente ATLAS und CMS. Bei ATLAS zum Beispiel besteht diese aus über 3000 Einzelmodulen mit insgesamt 25 Quadratmetern Silizium.