AWT Praktikum am Cern

von Milan Siebels und Robin Rodewald

Unsere Reise begann am 16.10. in Bremen. Von dort aus flogen wir über München nach Genf. Der Himmel war kaum bewölkt, deshalb konnten wir uns während des gesamten Flugs über den Ausblick freuen, vor allem über die Alpen und den Genfer See.

Als wir gegen Abend in Genf ankamen, fuhren wir vom Flughafen aus zum Gelände des Cern, wo wir uns die Schlüssel für unsere Unterkunft abholten. Dort bezogen wir unsere Zimmer und erholten uns von der Reise. Den darauf folgenden Sonntag nutzten wir, um uns auf unser Praktikum vorzubereiten, Lebensmittel sowie Getränke zu kaufen und die Stadt ein wenig kennen zu lernen.

Am Montag um 9 Uhr trafen wir uns vor dem Eingang des Cern mit Michael Hauschild, dem Physiker, der maßgeblich für die Kooperation des Cern und der Auricher Wissenschaftstage zuständig ist. Mit seiner Hilfe besorgten wir uns die Zugangskarten, mit denen wir Zutritt zum Gelände des Cern erhielten sowie Proxymeter, die unseren Abstand zu anderen Personen und die Dauer des Kontaktes mit diesen aufzeichneten. Die Proxymeter dienen dem Zweck der Kontaktnachverfolgung im Falle eines Coronafalles.

Nachdem wir Zugangskarte und Proxymeter erhalten hatten, meldeten wir uns beim Cernportal an, um einige Sicherheitstests zu absolvieren. Diese ermöglichten uns unter anderem ein Dosimeter zu erhalten, welches wir im Verlaufe des Praktikums benötigten, um bestimmte Bereiche des Cern betreten zu dürfen. Danach führte uns Michael durch das Gebäude, in dem wir untergebracht waren und hielt einen kurzen Vortrag über das Cern. Nach dem Mittagessen in der Kantine lernten wir das Team kennen, welchem wir uns die nächsten zwei Wochen anschließen durften. Dieses Team beschäftigt sich im weitesten Sinne mit Hableitersensoren. Bei einem kurzen Meeting stellten sich uns alle vor. Das Team bestand aus den beiden Doktoranden Katharina und Justus, sowie Peter und Eric und dem Teamleiter Dominik.

Am Ende des Meetings erhielten wir unseren Auftrag, welchen wir innerhalb des Praktikums erfüllen sollten. Mithilfe eines Raspberry Pi sollten wir die Messwerte von Temperatursensoren (Pt1000) graphisch darstellen und über eine längere Zeit auswerten können. Diese Sensoren sollten mit LGADs (Low Gain Avalanche Detector), einer neuen Art von Halbleiterdetektor, verbunden werden und somit den Zusammenhang der Temperatur des LGADS und seiner Durchbruchsspannun ermitteln. Die Durchbruchsspannung ist die Span-nung, bei der ein Strom fließt, obwohl die Diode in Sperrrichtung geschaltet ist.

Nachdem wir uns während der nächsten zwei Tage mit unserem Projekt beschäftigt hatten, stellte uns Katharina am Mittwoch das Synchro-Zyklotron vor.

Dies war der erste Teilchenbeschleuniger der am Cern in Betrieb genommen wurde. Das Synchro-Zyklotron ermöglichte durch seine Beschleunigung von Protonen einen wesentlich detaillierteren Blick in die Teilchenphysik, als es davor möglich war. Daraufhin erhielten wir unsere Dosimeter, sodass wir den Test-Beam besuchen konnten. Dies ist eine Einrichtung, in der mithilfe eines Teilchenstrahls neue Ausrüstungsgegenstände, wie z.B. der LGAD, getestet werden können.

Dort erhielten wir bei einer Führung von Justus einen Überblick über den Aufbau der Testhalle und welche Tests bei den einzelnen Aufbauten durchgeführt werden.

Am darauf folgenden Tag machten wir Fortschritte mit unserem Projekt, da wir im Labor mithilfe eines Oszilloskops herausfanden, dass eines der von uns benutzten Kabel nicht ordnungsgemäß funktionierte.

Durch das defekte Kabel war es uns bis dahin nicht gelungen, etwas Sinnvolles zu messen. Am Freitag besichtigten wir zusammen mit Katharina das Database-Center des Cern, wo gigantische Datenmengen gespeichert werden.

Das Database-Center benötigt eine so große Kühlung, dass man diese sogar schon aus großer Entfernung hören konnte. Dort erfuhren wir, dass nicht nur direkt vor Ort, sondern überall auf der Welt Daten des Cern gespeichert werden, da nur so die große Menge Daten ausreichend gespeichert werden kann. Nachmittags gelang uns ein weiterer Projektfortschritt, als wir erstmals Messdaten der Temperatursensoren graphisch auftrugen. Dieser Graph zeigte zuver-lässig die Raumtemperatur über einen längeren Zeitraum.

Das Wochenende nutzten wir, um eine Wanderung zum Genfer See zu unternehmen, wo man den 140 Meter hohen Jet d’eau sehen konnte.

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Der Jet ist ein großer künstlich erzeugter Springbrunnen mitten in der Stadt, den wir bereits vom Flugzeug aus gesehen haben.

Am Montag stellten wir den Code für unseren Raspberry Pi fertig und begannen mit einem Keithley SourceMeter zu arbeiten. Dieses sollte uns im weiteren Verlauf des Projekts ermöglichen, eine bestimmte Spannung an den LGAD anzulegen, diese schrittweise zu erhöhen, um die Stromstärke zu messen und damit die Durchbruchsspannung bei unterschiedlichen Temperaturen zu ermitteln.

Am Mittwoch waren wir schließlich soweit, dass der Raspberry Pi das SourceMeter steuern und die Daten der Temperatursensoren sowie die des SourceMeters auswerten konnte. Wir gingen ins Labor und begannen mit unseren Messungen.

Wir zeichneten dafür die angelegte Spannung und die dabei gemessene Stromstärke auf und legten einen Wert von 10μA als Zeitpunkt des Durchbruchs fest. Damit wir nicht die Stromstärke von10μA überschritten und den teuren LGAD unbrauchbar machten, musste bei diesem Wert die Erhöhung der Spannung sofort abgebrochen werden, weshalb wir es in unserem Code implementiert hatten. Nachdem wir für unterschiedliche Temperaturen die Messwerte aufgenommen hatten, stellten wir diese graphisch in einem Diagramm dar und erkannten, dass sich bereits bei einem Temperaturanstieg von 8,69 K die Durchbruchsspannung um 7,79 V erhöht (Bild 9). Außerdem ließ sich ein temperaturunabhängiger Anstieg der Stromstärke bei ca. 55 V erkennen, der durch die zusätzliche p-dotierte Schicht des LGADs zustande kam.

Am Donnerstag bereiteten wir die Abschlusspräsentation zu unserem Projekt vor, die wir am Freitagmorgen vor dem gesamten Team hielten.

Der Vortrag verlief insgesamt gut. Allerdings wurde in einer Nachbesprechung auf einige Fehler hingewiesen, sodass wir diese ausbessern und unser Verständnis der Thematik verbessern konnten. Nach einem sehr guten Abschlussessen mit der gesamten Gruppe fuhren wir zurück zum Cern, wo Michael uns einen ausführlicheren Vortrag über das Cern, die aktuelle Forschung und bisherige Erfolge der Forschung am Cern hielt. Daran schloss sich eine Führung von Peter und Justus durch den Mikrokosmos an. Dies ist eine Ausstellung, in der gezeigt wird, wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert, wonach er sucht, wie er aussieht und wie die erhaltenen Daten verarbeitet werden.

Nach dieser Führung gingen wir gemeinsam mit Justus noch einmal über das Gelände des Cern und bekamen die Gelegenheit, verschiedene Gebäude zusehen. Hierbei bekamen wir sogar einen Teilchenbeschleuniger, den „LEIR“ (Low Energy Antiproton Ring) zu Gesicht.

Am folgenden Tag, Samstag dem 30.10, traten wir unsere Rückreise an.

Das Praktikum am Cern hat uns einen sehr interessanten Einblick in die Welt der Physik gegeben. Dadurch konnten wir bei der Arbeit an unserem Projekt, einen kleinen Eindruck davon bekommen, wie der Arbeitsalltag eines Physikers aussieht. Zudem konnten wir dank des hilfsbereiten Teams unseren Horizont in der Physik erweitern und viel Neues lernen. Unsere Betreuer haben immer all unsere Fragen beantwortet und uns Zusammenhänge erklärt, die uns unklar waren. Dabei haben sie sich immer sehr viel Zeit für uns genommen, wofür wir sehr dankbar sind. Außerdem haben wir während unseres Praktikums über die Fachwissenschaft hinaus gehende Erfahrungen gemacht. So war z.B. Englisch ein sehr wichtiger Bestandteil der täglichen Arbeit, da das Cern ein internationales Forschungsinstitut ist und Menschen aus über hundert Ländern dort arbeiten. Fasziniert haben wir festgestellt, dass eine Vielzahl an Nationalitäten in verschiedenen Teams im Rahmen der Wissenschaft in Harmonie miteinander arbeiten kann.

Wir möchten uns beim CLIC-Team, bei den Organisatoren und den Auricher Wissenschafts-tagen sehr für dieses außergewöhnliche und spannende Praktikum bedanken. Ohne sie alle wäre das Praktikum nicht möglich gewesen.

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