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Optimierung im Teilchenbeschleuniger

Studentisches Forschungsprojekt Optimierung im Teilchenbeschleuniger

Vier Physik-Studenten der Universität Göttingen haben am CERN-Teilchenbeschleuniger in Genf ein Forschungsprojekt abgeschlossen: Ihr Algorithmus optimiert die Übertragung von Daten aus Elementarteilchen-Kollisionen.

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Am Lego-Modell des Atlas-Detektors (v.l.): Tilman Masur, Janning Meinert und Prof. Arnulf Quadt.

Quelle: Christoph Mischke

Göttingen. Im Rahmen des Forschungsorientierten Lehrens und Lernens (FoLL) konnten vier Physik-Studenten im Bachelor einen Forschungsaufenthalt am Teilchenbeschleuniger des CERN in Genf durchführen. Ihre Aufgabe: einen Algorithmus entwickeln, mit dem Signale optimal fehlerbereinigt ausgelesen werden können.

Wenn im sogenannten Atlas-Detektor, einem von vier Detektoren des Teilchenbeschleunigers LHC unter Genf, Elementarteilchen kollidieren, fallen riesige Datenmengen an, die anschließend ausgewertet werden müssen. Die entstehenden Signale werden dabei über Glasfaserkabel an einen Computer übertragen, in dem die optischen Signale in elektrische umgewandelt werden. Ab einer bestimmten Signalstärke kann der Computer dann einen Wert messen. Um Fehler bei der Übertragung der Daten zu vermeiden, muss die Verbindung kalibriert werden. Die vier Göttinger hatten zur Aufgabe, den bestehenden Kalibrierungs-Algorithmus zu optimieren.

Zwei Wochen als CERN-Mitarbeiter registriert

Die Idee zu dem Projekt kam von den Studenten selbst, beim Physiker Prof. Arnulf Quadt rannten sie damit offene Türen ein. „Wir wollten das auf jeden Fall unterstützen“, sagt Quadt. Die Betreuung vor Ort konnte durch einen Mitarbeiter Quadts sichergestellt werden, doch die Frage der Finanzierung war offen, denn Genf ist kein günstiges Pflaster.

Dafür bewarben sich die Studenten bei FoLL – und wurden im vergangenen Sommersemester als eines von vier Projekten für eine Förderung ausgewählt. Damit war der Weg frei. Die vier Physik-Studenten wurden für zwei Wochen am CERN, dem europäischen Kernforschungszentrum, als reguläre Mitarbeiter registriert und dann nach Genf in die Schweiz geschickt.

Atlas-Detektor: 7000-Tonnen-Anlage

„Die ganze Anlage ist sehr beeindruckend“, sagt Janning Meinert. „Weil es sie seit etwa 60 Jahren gibt, stehen alte Gebäude neben modernen. Es ist ein Stück Patchwork-Historie, durch das man sich durchwuselt.“ Tilman Masur kann da nur zustimmen. „Man ist in einer sehr internationalen Atmosphäre tätig und kann hinter die Kulissen schauen. Allein beim Ausmaß des Detektors ist es schwer, sich vorzustellen, dass tausende Wissenschaftler dafür zusammengearbeitet haben und es am Ende millimetergenau passt und funktioniert.“ Der Atlas-Detektor hat eine Länge von 46 Metern und einen Durchmesser von 25 Metern bei einem Gewicht von 7000 Tonnen.

In der ersten Woche waren die Studenten damit beschäftigt, sich erst einmal in ihre Aufgabenstellung einzuarbeiten und sich mit der Programmiersprache vertraut zu machen, wie Janning Meinert berichtet. In der zweiten Woche konzentrierten sie sich dann ganz auf die Versuche, um eine bestmögliche Kalibrierung zu erreichen. Dafür programmierten sie zwei verschiedene Algorithmen und testeten sie ausgiebig. Am Ende erwies sich einer der beiden Ansätze als der deutlich bessere. Die Intensität und Eigenständigkeit ihrer Arbeit „macht Lust auf Forschen“, so Masur.

Organisationsfähigkeit und Selbstständigkeit

Wieder zurück in Göttingen ging es dann darum, die Ergebnisse in Expertenmeetings am Quadt-Lehrstuhl vorzustellen, zu besprechen, abzuklopfen, zu hinterfragen und Probleme zu lösen „Denn das, was bei dem Projekt herauskommt, verwenden wir beim CERN und betreiben damit weiter Forschung“, so Quadt.

Von der Organisationsfähigkeit und Selbstständigkeit seiner Studenten ist Quadt jedenfalls sehr beeindruckt – ebenso wie von den Ergebnissen. „Was sie gemacht haben, war für uns sehr wichtig. Das ist ein echter Beitrag zum Fortschritt. Ohne die Arbeit der Gruppe würde der Atlas-Detektor nicht so gut laufen wie er jetzt läuft.“

Wer hat’s gemacht?

Projektteilnehmer: David Ehrlich, Tilman Masur, Janning Meinert, Anne Schnurpfeil.

Betreuende Dozenten: Prof. Arnulf Quadt, Dr. Marcello Bindi.

Von Sven Grünewald

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