• 29.08.2018
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Claudia Tambasco mit CHIPP-Preis 2018 ausgezeichnet

Anerkennung für Doktorarbeit zur Stabilität des LHC-Protonenstrahls

Wins the CHIPP Prize 2018: Dr. Claudia Tambasco.
Bild: Claudia Tambasco, EPFL, Switzerland
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Wins the CHIPP Prize 2018: Dr. Claudia Tambasco.
Wins the CHIPP Prize 2018: Dr. Claudia Tambasco. (Bild: Claudia Tambasco, EPFL, Switzerland)

Damit Physikerinnen und Physiker am CERN ihre Experimente zum Verständnis der Materie durchführen können, muss der grosse Teilchenbeschleuniger LHC mit höchster Präzision betrieben werden. Diese Präzision gegenwärtig und auch in Zukunft zu gewährleisten – das war das übergeordnete Ziel einer Doktorarbeit, die Claudia Tambasco vor kurzem an der ETH Lausanne (EPFL) abschloss. Für diese Arbeit wurde die Nachwuchsforscherin heute bei einem Festakt in Lausanne mit dem Preis des Schweizer Instituts für Teilchenphysik (Swiss Institute of Particle Physics/CHIPP) ausgezeichnet.

„Ich bin geehrt und sehr dankbar, diesen angesehenen Preis zu erhalten“, sagt Dr. Claudia Tambasco. Die 30jährige italienische Physikerin durfte heute in Lausanne den CHIPP-Preis entgegennehmen, der anlässlich der gemeinsamen Jahrestagung von CHIPP und Schweizerischer Physikalischer Gesellschaft (SPG) vergeben wurde. Der Preis wird jedes Jahr einer Nachwuchsforscherin oder einem Nachwuchsforscher für eine herausragende wissenschaftliche Leistung zugesprochen. Es handelt sich um die renommierteste Auszeichnung im Bereich der Schweizer Teilchenphysik.

Claudia Tambasco erhält den CHIPP-Preis für ihre Doktorarbeit, die sie zwischen 2014 und 2017 unter der Leitung von Prof. Leonid Rivkin, Direktor des Labors für Beschleunigerphysik (LPAP) an der EPFL und Vizedirektor des Paul Scherrer Instituts (PSI), verfasst hat. Dr. Tatiana Pieloni, CERN-Forscherin und Wissenschaftlerin am LPAP, die Claudia Tambascos Doktorarbeit am Standort CERN über die Jahre begleitet hat, sagt über die Nachwuchsforscherin: „Claudia ist neugierig und gibt nie auf. So war es auch, als eine bestimmte Analyse wegen fehlender Kalibrierung fast unmöglich durchführbar schien. Claudia ist eine Teamplayerin; sie hat es immer wieder geschafft, Experten verschiedener Gruppen mit guter Motivation zusammenzubringen.“ Die Jury des CHIPP-Preises zeichnet die Wissenschaftlerin aus „für ihre massgeblichen Beiträge zum Verständnis der Landau-Dämpfung und Strahl-Strahl-Effekten am LHC, zusammen mit Messungen der Strahl-Transfer-Funktion, welche zu einer substanziellen Erhöhung der Luminosität führte”, wie es in der Laudatio heisst.

Lieblings-Hausaufgabe Physik

Claudia Tambasco wurde 1988 als Tochter eines Technikers und einer Buchhalterin in Rom geboren. Während des Gymnasiums weckte bei ihr eine mit Experimenten bewanderte Lehrerin die Begeisterung für das Fach Physik: „Wenn ich im Gymnasium Hausaufgaben hatte, habe ich jene in Physik immer als erstes gemacht, weil ich darauf am meisten Lust hatte. Da war mir auch schnell klar, welches Fach ich wählen würde, als ich an die Universität ging“, erzählt Tambasco. Als erste aus ihrer Familie schlug sie eine akademische Karriere ein. Nach fünf Jahren schloss sie das Studium an der römischen Universität 'La Sapienza' mit dem Master in Physik ab.

Während ihrer Masterarbeit verbrachte die angehende Teilchenphysikerin sechs Monate am CERN. Dort arbeitete sie im Kollimations-Team mit. Das ist eine Gruppe von Fachleuten, die über die Qualität des Protonenstrahls wacht, der im Large Hadron Collider (LHC), dem grossen Teilchenbeschleuniger des CERN, sowohl im Uhrzeiger-, als auch im Gegenuhrzeigersinn unterwegs ist. Das Team kümmert sich um das sogenannte Kollimator-System, bestehend aus 108 beweglichen Platten entlang des LHC-Strahls, die Magnete und andere Geräte vor Strahlteilchen abschirmen, die von ihrer Sollbahn abweichen und so Schäden anrichten könnten.

Für ihre Doktorarbeit arbeitete Claudia Tambasco im selben Gebiet der Beschleunigerphysik weiter. Sie schloss sich der CERN-Sektion Hadron Synchotron Coherent effects (HSC) an, um kohärente Bewegungen von Protonen im Protonenstrahl zu studieren. Solche kohärenten Effekte können zu einer Reduktion der erwünschten Leistung des gegenwärtigen und zukünftigen LHC führen und es ist sehr wichtig, diese zu verstehen und unter Kontrolle zu halten. Während Claudia Tambasco am CERN forschte, war sie an der EPFL als Lehrassistentin beim Kurs 'Einführung in die Teilchenbeschleuniger' tätig. „Unterrichten war und ist eine Tätigkeit, die mir sehr viel Befriedigung verschafft und mich glücklich macht“, sagt Claudia Tambasco.

Protonenstrahl stabil halten

Um die Grundidee von Claudia Tambascos Doktorarbeit zu verstehen, muss man sich vergegenwärtigen, dass die Teilchenphysiker den LHC nutzen, um Protonen aufeinander zu schiessen, um bei diesem Vorgang mehr über den Aufbau der Materie und der fundamentalen Kräfte im Universum zu erfahren. Bevor es zu den Proton-Proton-Kollisionen kommt, kreisen im LHC rund 2500 Pakete mit mehr als 100 Milliarden Protonen pro Paket annähernd mit Lichtgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn und ebensoviele im Gegenuhrzeigersinn. Immer wenn zwei Pakete an einem Kollisionspunkt sich gegenseitig durchdringen – was etwa 25 Millionen Mal pro Sekunde passiert – kollidieren typischerweise 50 Protonenpaare miteinander. Die Teilchen, die bei diesen Kollisionen entstehen, werden dann von den Physikern der Grossexperimente ALICE, ATLAS, CMS und LHCb an ihren jeweiligen Kollisionspunkten untersucht.

Claudia Tambasco ist nicht direkt an diesen Experimenten beteiligt. Als Beschleunigerphysikerin trägt sie vielmehr zur Verbesserung der Strahlqualität bei. „Bei meiner Arbeit geht es darum, die Stabilität des Protonenstrahls zu gewährleisten. Das schafft die Voraussetzung für bestmögliche Ergebnisse in den physikalischen Experimenten.“ Die Stabilität des Teilchenstrahls ist gefährdet, wenn es zwischen den elektrisch positiv geladenen Protonen und dem metallenen Vakuumrohr, in dem diese unterwegs sind, zu einer elektro-magnetischen Wechselwirkung kommt, welche die Protonen von ihrer Bahn ablenkt und so den Strahl ausdünnt. Die sogenannte Landau-Dämpfung, benannt nach dem russischen Physiker und Nobelpreisträger Lew Landau, ist eine Einrichtung, die hilft, dieses Ausdünnen zu vermeiden. Entlang des 27 km langen Beschleunigerrings sind dazu 168 Spezialmagnete ('Landau Oktopole') eingebaut, um Instabilitäten im Protonenstrahl zu unterdrücken.

Landau-Dämpfung erstmals im LHC gemessen

Die Landau-Dämpfung wird angewendet, seit der LHC 2010 in Betrieb ging. Trotzdem sind noch nicht alle zugehörigen Phänomene exakt verstanden. Die Doktorarbeit von Claudia Tambasco trägt zu einem besseren Verständnis dieser Phänomene bei. Die Physikerin hat die Landau-Dämpfung mit Simulationen untersucht. Zugleich installierte die Forscherin gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern der Beam Instrumentation group des CERN ein Gerät – bezeichnet als 'Strahl-Transfer-Funktion-System' –, mit dem sich die Landau-Dämpfung erstmals in den Protonenstrahlen des LHC messen und damit die realen Daten mit den berechneten Werten vergleichen liess. Sie konnte unter anderem bestimmen, wie verschiedene Konfigurationen im LHC sich auf die Landau-Dämpfung auswirken. Die Daten des neuen Geräts wurden dazu benutzt, die Eigenschaften der kollidierenden Strahlen zu messen. Dank dieser Messungen konnten der Operations group neue Beschleuniger-Settings vorgeschlagen werden, was schliesslich zu einer signifikanten Erhöhung der Luminosität (vereinfacht: Anzahl der Kollisionen pro Sekunde) des LHCs führte.

Die Ergebnisse von Claudia Tambasco sind gerade auch für den für das Jahr 2026 geplanten Upgrade des LHC von Bedeutung. Dann nämlich wird die Luminosität des Beschleunigers einen Sprung nach oben machen, und es ist wichtig zu gewährleisten, dass die Landau-Dämpfung des Protonenstrahls auch unter den neuen Bedingungen der höheren Luminosität funktioniert. Ob Claudia Tambasco dann noch am CERN sein wird, ist offen. Zur Zeit arbeitet sie als Postdoc an der EPFL. Als Teil des EPFL-Teams am CERN kooperiert Claudia Tambasco eng mit der Accelerator Beam Physics and Operations groups des Beam department des CERN. Die Physikerin lebt in der Region Genf, gemeinsam mit ihrem Partner – einem IT-Ingenieur –, der seine Doktorarbeit an der Universität Genf schreibt. Genf ist nun einmal der Ort, wo die Musik in der weltweiten Teilchenphysik spielt...

Autor: Benedikt Vogel

Für ihre Forschung war Claudia Tambasco immer wieder im LHC-Kontrollraum, der sich hinter der schweizerisch-französischen Grenze auf französischem Boden befindet. Im folgenden Video erklärt Claudia Tambasco, was sie dort tut.

CHIPP Prize 2018: Claudia Tambasco

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