Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lupe für den Urknall

21.08.2001


Sensorchip

Fotograf: AG Wermes


Prof. Wermes präsentiert eine Leiste mit Chips

Fotograf: Frank Luerweg/Universität Bonn


Einen äußerst schnellen und genauen Detektor für geladene Teilchen haben Experimentalphysiker der Universität Bonn entwickelt. Der Sensor soll bei Beschleuniger-Experimenten in Genf zum Einsatz kommen, mit denen man Reaktionen studiert, die Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall stattgefunden haben. Doch auch in der Medizin lässt sich die Neuentwicklung nutzbringend einsetzen: Zum Beispiel als hochempfindlicher und extrem kontrastreicher "digitaler Röntgenfilm", der bei verringerter Strahlendosis bessere Ergebnisse liefern kann als herkömmlicher Röntgenfilm.

An der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz gehört der Urknall zum Alltag. Regelmäßig kommt es hier zum gewaltigen Crash: Mit unvorstellbarer Energie schießen die Physiker des Europäischen Labors für Teilchenphysik CERN in einem Detektor von der Größe eines fünfstöckigen Hauses positiv geladene Teilchen, die Protonen, aufeinander. Dabei kommt es zu Reaktionen, wie man sie auch in der Geburtsstunde des Universums hätte beobachten können. "Natürlich können wir im Labor nicht die gleichen heißen Bedingungen erzeugen, wie sie unmittelbar nach dem Urknall herrschten", schränkt Professor Norbert Wermes ein. "Aber den Ablauf der dabei erfolgten Reaktionen können wir schon unter die Lupe nehmen".

Die Arbeitsgruppe um den Bonner Experimentalphysiker beteiligt sich am sogenannten ATLAS-Experiment - zusammen mit 150 weiteren Instituten aus insgesamt 34 Ländern. Die Wissenschaftler der Rheinischen Wilhelms-Universität entwickeln Detektoren, mit denen sie weit in die Vergangenheit blicken können. Denn beim Crashtest im Beschleuniger wandeln sich die Kontrahenten in neue Teilchen um, deren Eigenschaften viel über die Anfänge unseres Universums vor etwa 15 Milliarden Jahren verraten. Diese Reaktionsprodukte zu orten, hat sich Wermes’ Arbeitsgruppe auf die Fahnen geschrieben - keine ganz einfache Aufgabe: Pro Sekunde kommt es zu 40 Millionen Zusammenstößen; dabei entstehen jeweils durchschnittlich 1.600 Teilchen, die nachgewiesen werden müssen. Bei der Auswertung will man sich aber in der Regel nur auf die Reaktionsprodukte weniger besonders interessanter Crashs konzentrieren und die anderen ausblenden.

Die Mitarbeiter um Prof. Wermes und Dr. Peter Fischer haben dazu einen Detektor entwickelt, der die entstehenden Teilchen auf einen hundertstel Millimeter genau orten kann -und das gleich vierzigmillionenmal pro Sekunde. Wie der Lichtsensor einer Digitalkamera besteht er aus haarfeinen viereckigen Zellen, die wabenartig nebeneinander angeordnet sind, den sogenannten Pixeln. "Durchquert ein Teilchen einen Pixel, sendet dieser Ort, Zeit und Signalgröße an den Rand der Elektronikchips, wo die Messwerte in schnelle Lichtsignale umgewandelt und durch optische Fasern zum Computer geschickt werden", erläutert Wermes. In mehreren Ebenen zylinderförmig um den Entstehungsort der Reaktion angeordnet, liefert der Pixel-Detektor so die Punkte einer Teilchenspur, mit deren Hilfe die Urknallforscher rekonstruieren können, was genau sich beim Crash im Beschleuniger zugetragen hat.

Die Geburtswehen des Universums "sind undenkbar weit entfernt von unseren Alltagsnotwendigkeiten", gibt Wermes zu. Doch gerade aus der Grundlagenforschung erwachsen immer wieder praxisnahe Anwendungen, die sich im Vorfeld nicht absehen ließen. Die Bonner Experimentalphysiker nutzen ihr Know-How inzwischen auch für biomedizinische Anwendungen. "Wir haben unseren Detektor mit einem schnellen Zähler in jeder Pixelzelle gekoppelt - damit rückt der digitale Röntgennachweis in greifbare Nähe." Der Detektor zählt die Röntgenquanten, die auf jeden Pixel auftreffen. Aus dem Ergebnis kann der Computer dann ein Röntgenbild berechnen. Anders als bei normalem Filmmaterial gibt es beim digitalen Pendant keine Überbelichtung. Prinzipiell ist es egal, wie viel Strahlung auf einen Pixel trifft - der Zähler zählt alles, was da kommt, vorausgesetzt, er ist schnell genug. "Das Kontrastverhalten unseres Films ist unübertroffen - wahrscheinlich lassen sich daher mit niedrigeren Strahlendosen ähnlich gute Bilder erzielen wie heute auf normalem Röntgenfilm. Außerdem entfällt die Zeit für die Filmentwicklung", begeistert sich Wermes. Bis das Verfahren die konventionelle Röntgentechnologie ablöst, wird aber wohl noch eine Weile vergehen - schließlich hat der normale Film mehr als einhundert Jahre Vorsprung.


Weitere Informationen: Prof. Dr. Norbert Wermes, Physikalisches Institut der Universität Bonn, Tel.: 0228/73-3533, Fax: 73-3220, E-Mail: wermes@physik.uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-bonn.de/~wermes

Weitere Berichte zu: Urknall

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt
18.10.2017 | Universität Bern

nachricht Aromatherapie bei COPD
12.05.2015 | Airnergy AG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik