Das Compact-Muon-Solenoid-Experiment (CMS) ist ein Teilchendetektor am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Schweiz. Der Standort des Experiments ist eine unterirdische Halle im Beschleunigerring bei Cessy in Frankreich.
Die Hauptziele des Experiments sind:
die Entdeckung des Higgs-Bosons (erreicht) und die Erforschung der Physik des Higgsbosons
die Suche nach Hinweisen auf Supersymmetrie oder allgemein auf noch unbekannte Teilchen
das Studium der Kollision schwerer Ionen.
Die Gruppe umfasst mehr als 5800 Personen aus etwa 200 wissenschaftlichen Instituten weltweit.
Der Name des Detektors beschreibt sein Design:
compact: seine relativ geringe Größe (Zylinderform, 21 m lang, 15 m Durchmesser, ca. 14.000 Tonnen) im Vergleich zu den anderen Experimenten am LHC
muon: seine Fähigkeit, Myonspuren besonders gut zu vermessen
solenoid: seinen starken Solenoidmagneten (13 m lang, 6 m Durchmesser, Flussdichte der gekühlten supraleitenden Niob-Titan-Spule max. 4 Tesla).
Der Magnet ermöglicht – wie bei den meisten anderen Detektoren – die Bestimmung des Verhältnisses von Ladung zu Masse durch Messung der Krümmung der Teilchenspur im Magnetfeld, ähnlich wie bei einem Massenspektrometer.
Sprecher des Experiments ist zurzeit (2018) Joel Butler, zuvor waren es Tiziano Camporesi, Joe Incandela, Michel Della Negra, Tejinder Virdee und Guido Tonelli. 2012 war die CMS-Kollaboration zusammen mit der unabhängig arbeitenden zweiten großen Kollaboration ATLAS an der Entdeckung eines neuen Bosons beteiligt, dessen Messergebnisse mit dem Higgs-Boson kompatibel sind. Die genauen Eigenschaften müssen noch weiter erforscht werden.
Der CMS-Detektor ist in mehreren Schichten aufgebaut, die eine präzise Vermessung aller bei den Proton-Kollisionen entstehenden Teilchen erlauben.
Von innen nach außen besteht der Detektor aus folgenden Komponenten:
Einem Silizium-Pixeldetektor, d. h. einem Halbleiterdetektor, welcher sehr kleine Siliziumstrukturen zum Nachweis geladener Teilchen verwendet. Die Ortsauflösung liegt im Bereich von 0,01 mm.
Einem Silizium-Streifendetektor, der genau wie der Pixeldetektor Silizium als Nachweismaterial benutzt, allerdings mit einer schlechteren – absolut aber immer noch sehr guten – Ortsauflösung von deutlich besser als 0,1 mm.
Einem elektromagnetischen Kalorimeter mit Bleiwolframat-Kristallen zum Nachweis von Photonen und Elektronen (bzw. Positronen)
Einem hadronischen Kalorimeter mit Messing-Platten, die sich mit Lagen von Szintillatoren abwechseln, um Hadronen wie Protonen, Pionen oder Kaonen vermessen zu können.