Hallo und Grüß Gott,
mein Name ist Hannes Sakulin. Wie schon einige andere Köpfe vor mir in dieser Serie, arbeite ich am CERN, und zwar am Compact Muon Solenoid (CMS) Experiment des neuen Large Hadron Colliders (LHC). Nach Abschluss des Diplomstudiums Technische Physik an der TU Graz machte ich einen Abstecher in die Privatwirtschaft in den USA. Bald zog es mich aber doch nach Europa zurück und ich entschloss mich, ein Doktoratsstudium zu absolvieren.
Im Rahmen des CERN Doktorandenprogramms fand ich dazu optimale Bedingungen: eine hochinteressante und abwechslungsreiche Arbeit mit den neuesten Technologien in einem Team von cleveren 'Köpfen' aus der ganzen Welt. Was mir besonders gefällt: neben der Teilchenphysik beschäftige ich mich auch intensiv mit Softwareentwicklung und Digitalelektronik.
Das CMS Experiment wird nach bisher unbekannten Elementarteilchen suchen, die in den Proton-Proton Kollisionen des LHC bei extrem hohen Energien entstehen können. Eines dieser Teilchen ist das berühmte Higgs-Teilchen, der fehlende Baustein im heute gültigen Modell der Elementarteilchen, dem Standardmodell. Andere Theorien wie zum Beispiel die Supersymmetrie sagen aber noch viel mehr 'neue' Teilchen voraus, die bei den Energien des LHC entstehen könnten. Die meisten der vorausgesagten Teilchen sind sehr kurzlebig. Sie zerfallen schon einen Sekundenbruchteil nach ihrer Entstehung wieder in schon bekannte Teilchen wie Elektronen, Photonen, Quarks oder Müonen, welche wir dann mit den verschiedenen Teilchendetektoren in CMS erfassen können (rechtes Bild).
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| Größenvergleich: Ich vor einigen schon montierten Endcap - Müonenkammern (Cathode Strip Chambers). | Die verschiedenen Teilchendetektoren des CMS Experiments. |
Die gesuchten Elementarteilchen entstehen in den Proton-Proton Kollisionen nur ganz selten und unter ganz speziellen Bedingungen. Um trotzdem genügend 'neue' Teilchen zu produzieren, werden im LHC 40 Millionen Zusammenstöße von Proton-Paketen pro Sekunde erzeugt. Das ist so schnell, dass die Teilchen der vorhergehenden Kollision noch nicht einmal den CMS Detektor verlassen haben während schon eine neue Kollision stattfindet. Und dabei entstehen natürlich jede Menge Daten: ca. 1 MB pro Kollision (Event), also ca. 40 Terabytes/s. Selbst mit den neuesten Technologien ist es unmöglich (bzw. unfinanzierbar) solche Datenraten über längere Zeit abzuspeichern oder direkt mit Softwarealgorithmen zu analysieren. Die Lösung ist eine schnelle Vorauswahl der interessanten Events - ein sogenannter Trigger: Ein komplexes Elektroniksystem verarbeitet die Messwerte tausender Detektoren, rekonstruiert Teilchenspuren und bestimmt Teilchenenergien und Impulse. Nach nur 3 Mikrosekunden kann der Trigger anhand von detaillierten Kriterien (z.B. auch der Event-Topologie) potentiell interessante Events erkennen und aus dem Datenstrom herausfiltern. Nachfolgende Auswahlstufen, die bei CMS in Software implementiert sind und auf einer Farm von ca. 1000 PCs laufen werden, müssen dann 'nur' noch eine Datenrate von ca. 100000 Events/s verarbeiten.
Während meiner Dissertation unter der Betreuung von Univ. Prof. Dr. Manfred Markytan (Institut für Theoretische Physik, TU Wien) und Univ. Prof. Dr. DI Chris Fabjan (Atominstitiut der Österreichischen Universitäten) führte ich Simulationsstudien des CMS Detektors und des Triggersystems durch, um ein optimales Design für die Globale Müonentriggerelektronik zu entwickeln. Diese Elektronik kombiniert die Meßwerte der verschiedenen Müonensysteme (siehe Bild) und findet die wichtigsten Müonen in einem Event. Die verwendeten Algorithmen steigern dabei gleichzeitig die Effizienz des Müonentriggers und verbessern die Unterdrückung des Backgrounds. Seit zwei Jahren arbeite ich als Mitarbeiter des Instituts für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften an der Implementierung der Elektronik als Firmware fuer Field Programmable Gate Arrays (konfigurierbare Logikbausteine) und an weiteren Verbesserungen des Designs. Die Elektronikgruppe des Instituts für Hochenergiephysik unter der Leitung von DI Anton Taurok ist sehr erfahren im Bau solcher Triggerelektronik und hat schon für frühere Experimente am CERN wichtige Elektronikkomponenten entwickelt. Neben der Elektronik bin ich auch für die Online-Software des Globalen Müonentriggers verantwortlich: sie ermöglicht die Konfiguration und den Betrieb der Elektronik im Framework des CMS-weiten Run-Control Systems.
Speziell über den Globalen Müonentrigger auf: http://wwwhephy.oeaw.ac.at/p3w/cms/trigger/globalMuonTrigger/Welcome.html
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