Akustisches Monitoring und Daten Exploration des Large Hadron Collider am CERN

Der Large Hadron Collider (LHC) liefert die derzeit fortschrittlichste und größte Spielwiese zum Experimentieren für Teilchen-Physiker. Es handelt sich hierbei um einen kreisförmigen Teilchen-Beschleuniger mit 27km Länge, der unterirdisch in der Region um Genf, Schweiz, verläuft. Riesige Mengen an Hadronen werden nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und formen einen hoch-energetischen Strahl, der genügend Energie hat, um eine halbe Tonne Kupfer zum Schmelzen zu bringen. Deshalb ist es wichtig, dass der Teilchenstrahl auf einer definierten Kreisbahn gehalten wird. Teilchen, die diese Kreisbahn verlassen, werden von Kollimatoren absorbiert, die in nächster Nähe zum Strahl montiert sind. Sie würden ansonsten die Apertur der Maschine überschreiten und diese möglicherweise beschädigen. Die Dynamik des Teilchenstrahls ist mit Hilfe von Computer Simulationen ausreichend untersucht worden. Trotzdem ist das permanente überwachen von Teilchenverlusten in der Maschine notwendig, um die allgemeine Performance zu verbessern. Testuntersuchungen haben gezeigt, dass Einschläge ganzer Teilchenpakete in die Kollimatoren zu einer Schockwelle führen, die Vibrationen am ganzen Kollimator erzeugt. Diese Vibrationen können mit Hilfe von Beschleunigungssensoren und Mikrophonen aufgezeichnet werden. Genauere Untersuchungen dieser Signale könnten nützlich sein, um den Betrieb der Kollimatoren am LHC besser zu verstehen. Ein ausgeklügeltes Überwachungssystem könnte entwickelt werden, um die Performance der Maschine zu verbessern und im Fehlerfall lange Ausfälle zu vermeiden. An vier definierten Stellen der Maschine werden die zwei gegenläufigen Strahlen zur Kollision gebracht und Teilchen zerfallen in kleinere Bestandteile. Die Kollisionsstellen sind von Detektoren umgeben, mit deren Hilfe die Laufbahnen und Energien dieser elementaren Teilchen bestimmt werden können. Die Art des Teilchens wird von Algorithmen aus diesen Parametern ermittelt. Physiker erwarten, dass man bisher ungesehene Teilchen entdecken wird, die die heutigen Theorien der Teilchenphysik bestätigen, aber auch widerlegen können. Interessante Zerfälle werden daher nach wie vor von Experten anhand von Visualisierungen der Laufbahnen und anderer Parameter untersucht. Derzeitige Visualisierungstechniken bieten nur eine zweidimensionale Fläche, um Parameter darzustellen. Deshalb ist es fast unmöglich, alle relevanten Parameter in einer Darstellung unterzubringen. Mit Hilfe von Sonifikation zusätzlicher Parameter, welche man als "Visualisierung" in der akustischen Domäne bezeichnen kann, ließe sich zusätzliche Information parallel zur Visualisierung darstellen. In dieser Arbeit werden beide dieser Ansätze untersucht, sowohl ein akustisches Überwachungssystem für Kollimatoren, sowie Sonifikation für Kollisionsexperimente.