Budowa i działanie detektora ATLAS

Here, you'll learn about the structure of the ATLAS detector and how particles interact with the detector material. You can learn using videos, texts, and interactive resources, including the ATLAS Viewer tool developed by Tracer.



Nazwa ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) pochodzi od dużego, toroidalnego (t.j. mającego kształt grubej obręczy) magnesu otaczającego większość detektora. W środku detektora ATLAS zderzają się dwie tzw. paczki cząstek (każda ze 100 miliardami protonów). Są one wcześniej przyspieszane i krążą w przeciwnych kierunkach w LHC. Nie sposób przewidzieć, które z tych protonów się zderzą, a tym bardziej, które z ich części miedzy sobą oddziałają. W trakcie zderzeń protony mogą po prostu "odbić się" od siebie i pozostać całe, albo oddziałać bardziej gwałtownie i rozpaść się. W tym drugim przypadku powstaną nowe cząstki. Na podstawie informacji zebranych przez detektory o takim zderzeniu fizycy są w stanie określić, jakie procesy fizyczne mogły w nim wystąpić. Potrzebne jest do tego dobre zrozumienie budowy detektora i jego funkcji. Przyjrzyjmy się więc temu dokładniej.

ATLAS Detector Viewer by Tracer



Filmy o detektorze ATLAS



ATLAS w obrazkach
Na poniższych rysunkach znajdują się krótkie opisy budowy i funkcji pełnionych przez poszczególne elementy detektora.
  • Detektor ATLAS jest urządzeniem wielofunkcyjnym pracującym przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Zbudowano go, aby poszukiwać nowych informacji o tym, jak powstał Wszechświat i z czego jest zbudowany. Za pomocą detektora ATLAS fizycy pragną rejestrować cząstki wytwarzane w zderzeniach proton-proton i określać ich własności. Należą do nich wielkości takie jak pęd, ładunek elektryczny i energia. W tym celu zbudowano detektor o ogromnych rozmiarach: o długości 44 m i średnicy 25 m. Składa się on z wielu różnych elementów, często będących osobnymi, wyspecjalizowanymi detektorami, realizującymi różne zadania. Tworzą one strukturę warstwową, jak cebula, otaczającą rurę akceleratora, w której krążą protony.
  • Detektory śladowe rejestrują tylko cząstki naładowane i mierzą ich tor przelotu. Ponieważ w ich obszarze występuje pole magnetyczne, tory cząstek naładowanych są odchylane. Na podstawie zakrzywienia można wyliczyć pęd cząstki oraz określić jej ładunek elektryczny. Oddziaływania cząstek wyprodukowanych w zderzeniu z materiałem tego detektora są sporadyczne, dlatego cząstki te pozostawiają w nim niewielką część energii.
  • W kalorymetrze elektromagnetycznym (LAr electromagnetic barrel) rejestrowane są fotony i elektrony, które intensywnie oddziałują elektromagnetycznie. W ich przypadku cała energia jest absorbowana w tym detektorze i zamienia się na sygnał elektroniczny. Wielkość tego sygnału odpowiada zaabsorbowanej energii.
  • Kalorymetr hadronowy (Tile barrel) rejestruje cząstki oddziałujące silnie, zbudowane z kwarków i/lub antykwarków, zwane hadronami. Są to np. protony i neutrony.
  • Miony pozostawiają jedynie niewielką część swojej energii w kalorymetrach, dlatego są jedynymi cząstkami naładowanymi przechodzącymi przez wszystkie warstwy detektora ATLAS. Z tego powodu ostatnią jego warstwą są komory mionowe umieszczone w dodatkowym polu magnetycznym w celu jeszcze dokładniejszego pomiaru pędu mionów, niż ten dokonywany w wewnętrznym detektorze śladowym. Pole to jest wytwarzane przez ogromne toroidalne (czyli w kształcie grubego pierścienia) cewki (stąd litera T w nazwie ATLAS). Są one zbudowane z tysięcy długich rur wypełnionych specjalnym gazem. W środku każdej rury znajduje się drut, a między rurą i drutem panuje wysokie napięcie. Przelatujące miony jonizują gaz, uwalniając w nim ładunki elektryczne, które docierają do ścianek rury lub do drutu i są rejestrowane jako sygnał elektryczny.