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Pascal Dillenseger

• Als es in den 1920er und 1930er Jahren zur Entdeckung des expandierenden Raums, gemessen über die kosmologische Rotverschiebung, kommt, wird daraus erstmals die Idee eines kleinsten Ursprungspunkts zu Beginn der Zeit postuliert. Es dauerte jedoch weitere 30 Jahre, bis das Konzept des „Big Bang“ als Ursprungsmodell veröffentlicht wurde [Lum07]. Seitdem untersuchen Wissenschaftler fortschreitend die Theorie des Big Bang. Der Zustand der Materie zum Zeitpunkt Null ist nach wie vor ungeklärt, ab ca. 10 exp (-44) Sekunden nach dem Urknall wird in der Theorie des Big Bang davon ausgegangen, dass sich die Materie im Zustand des Quark-Gluon-Plasmas befand. Zunächst galt es eine experimentelle Bestätigung für die generelle Existenz eines solchen Zustands zu finden. Die experimentelle Suche nach dem Quark-Gluon-Plasma im Labor begann vor fast 30 Jahren am Bevalac in Berkley [Gus84], dort konnte bei Niobium-Kollisionen kollektiver Fluss beobachtet werden. Zehn Jahre später begannen die Messungen des Schwerionen-Forschungsprogramms am CERN1. Im Jahr 1994 wurden dort die ersten Schwerionenkollisionen durchgeführt, von denen man sich erhoffte, dass sie zu einer kurzzeitigen Erzeugung des Quark-Gluon-Plasmas führen. Im Jahr 2000 gab es dann eine zusammenfassende Pressemitteilung des CERN, in der die Messungen eines neuartigen Materiezustands beschrieben wurden [CER00]. Weitere fünf Jahre später wurde ein Bericht der bis dahin erreichten Ergebnisse der vier Quark-Gluon-Plasma Experimente am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) des Brookhaven National Labratory veröffentlicht [BNL05]. Dabei konnten einige Ergebnisse aus den Messungen am CERN bestätigt werden, andere hingegen nicht. Die Annahme, das Quark-Gluon-Plasma verhalte sich wie ein Gas, musste beispielsweise nach den Messungen am RHIC verworfen werden. Diese zeigen, dass das Verhalten des Quark-Gluon-Plasma eher dem von Flüssigkeiten ähnelt [BNL05]. Seit den ersten Schritten zur Untersuchung des Quark-Gluon-Plasma am CERN, in denen vor allem die Messung der Existenz des Quark-Gluon-Plasmas an sich im Vordergrund stand, soll der Phasenübergang nun quantitativ untersucht werden. Dazu werden Dichte und Temperatur der betrachteten Materie variiert und die vorhandene Zustandsphase gemessen. Eines dieser Experimente soll das Compressed Baryonic Matter (CBM) Experiment werden. Das Ziel des Experiments ist die Untersuchung von Materie bei sehr hohen Dichten, aber im Vergleich zu anderen aktuellen Experimenten relativ niedrigen Temperaturen. Im Jahr 2009 wurde der erste Spatenstich auf dem Gelände der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt für den Bau der Facility for Antiproton and Proton Research (FAIR) getätigt. Mit Hilfe der FAIR-Beschleuniger soll dann das CBM Experiment das Quark-Gluon-Plasma bei hohen Materiedichten mit bisher nicht erreichter Statistik untersuchen können. Jedoch gerade das Erreichen solch hoher Ereignisraten stellt nicht nur eine zentrale Herausforderung an die Beschleuniger dar, sondern auch an die messenden Detektoren. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Transition Radiation Detektors für das CBM Experiment. Nach einer kurzen Einführung in die generelle Untersuchung des Quark-Gluon-Plasmas folgt die Beschreibung des geplanten Aufbaus des CBM Experiments mit dessen Subsystemen. Danach wird die theoretische und praktische Funktionsweise eines Transition-Radiation Detektors (TRD) erklärt, um darauf aufbauend die Charakterisierung und Signalanalyse der entwickelten TRD-Prototypen darzustellen. Abschließend werden die Ergebnisse in Bezug auf den für das CBM Experiment zu entwickelnden Detektor diskutiert.