Infineon-Sensorchips am CERN Elementarteilchen detektieren

Elementarteilchensensor mit den Außenmaßen 15 cm x 10 cm.
Elementarteilchensensor mit den Außenmaßen 15 cm x 10 cm.

Am CERN könnten erstmals 8-Zoll-Sensorchips von Infineon eingesetzt werden. Derzeit wird der Einsatz der größeren Chips für neue Experimente zur Erforschung der dunklen Materie geprüft. Auch Anwendungen in der Gesundheitselektronik sind denkbar.

Noch immer gelten 95 Prozent des Universums als unerforscht. Derzeit suchen die CERN-Wissenschaftler unter anderem nach dunkler Materie: Obwohl sie im Universum etwa die fünffache Masse der sichtbaren Materie einnehmen dürfte, konnte man sie bisher noch nicht direkt nachweisen. Mit etwas Glück wird es am CERN gelingen, dunkle Materie auch zu erzeugen.

Zu ihrem Nachweis könnte ein neuer Sensorchip beitragen: Er ist 15 x 10 cm² groß und wurde gemeinsam von Infineon Technologies Austria und dem Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften entwickelt. Mehrere zehntausend dieser Bausteine aus Silizium könnten demnächst am CERN zum Einsatz kommen. Sie lassen sich nicht nur kostengünstiger herstellen als die bisherigen, bis 6 Zoll großen Sensoren, sie sind auch robuster gegenüber der kontinuierlichen Bestrahlung und altern dadurch weniger schnell als die bisherige Generation. Die geplanten Experimente wären ohne widerstandsfähigere Sensoren kaum möglich.

Die Experimente am CERN untersuchen den Aufbau von Materie sowie Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen: Protonen werden fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann zur Kollision gebracht. Dabei entstehen neue Teilchen, deren Eigenschaften mit verschiedenen Detektoren rekonstruiert werden.

Zwei der Detektoren, für die der Einsatz der Sensoren von Infineon derzeit geprüft wird, sind ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) und CMS (Compact Muon Solenoid). Wenn Partikel die Siliziumdetektoren durchdringen, werden sie von diesen registriert. Die Experimente haben eine Höhe von 20 m (ATLAS) bzw. 15 m (CMS) und befinden sich 100 m unter der Erde. Sie sind seit Jahren fast rund um die Uhr in Betrieb, mit 40 Millionen Einzelexperimenten pro Sekunde. Derzeit beraten beide Seiten über eine mögliche Produktion von Chips mit bis zu 1.000 m² Fläche.

Die teuren Experimente am CERN dienen jedoch nicht nur der Grundlagenforschung. Schon in weniger als zehn Jahren könnte die für das CERN entwickelte Technologie Krebspatienten helfen: Mehrere Forschungsgruppen erproben derzeit die Protonen-Computertomografie. Das medizinische Abbildungsverfahren beruht auf den gleichen Grundlagen wie die Sensor-Technologie für die Experimente am CERN. Großflächige Silizium-Detektoren, wie von Infineon und HEPHY entwickelt, könnten künftig während der therapeutischen Bestrahlung tomografische Aufnahmen liefern. Die Position des Tumors ließe sich dadurch besser bestimmen und gesundes Gewebe würde weniger verletzt als bei herkömmlichen Röntgenstrahlen. Dadurch würde die Strahlenbelastung um den Faktor 40 sinken.