LHC Status: Physik (p+→ ←p+)
Energie: 6.5 TeV
max. Pakete pro Ring: 2556

Photomultiplier


In den Kalorimetern der grossen LHC-Detektoren kommen unzählige Photomultiplier zum Einsatz. Ein Photomultiplier ist eine spezielle Elektronenröhre, um schwache Lichtsignale (bis zu einzelnen Photonen) in ein elektrisches Signal umzuwandeln bzw. dieses zu verstärken.

Ein Photomultiplier besteht aus einer Photokathode und einem Elektronenvervielfacher. Die Photonen treffen auf die Photokathode und schiessen so Elektronen aus deren Oberfläche (photoelektrischer Effekt). Trifft das Photon auf die Photokathode, wird es von von einem Elektron, das im Atom oder im Leitungsband der metallischen Kathode gebunden ist, absorbiert und das Elektron dadurch aus der Bindung gelöst. Die Energie des Photons muss dazu mindestens so gross wie die Bindungsenergie dieses Elektrons sein.
Die freigesetzten Elektronen werden dann in einem elektrischen Feld beschleunigt und treffen auf weitere Elektroden (sogenannte Dynoden), aus deren Oberfläche jedes auftreffende Elektron mehrere Elektronen herausschlägt. Damit nimmt die Anzahl der Elektronen von Dynode zu Dynode lawinenartig zu. Dieser Verstärkungsfaktor wächst exponentiell mit der Anzahl der Dynoden. Typische Multiplier besitzen ca. 10 Dynoden. Werden bei einem solchen Photomultiplier an jeder Dynode 5 Elektronen pro auftreffendes Elektron herausgeschlagen, so werden an der letzten Dynode 10 Millionen Elektronen freigesetzt. Genug um ein Signal zu messen.

Für die Deutung des photoelektrischen Effekts (Welle-Teilchen-Dualismus) erhielt Albert Einstein 1921 den Nobelpreis.




Ein Photomultiplier für das ATLAS Kalorimeter Quelle: CERN