Štruktúra a funkcia detektora ATLAS
Tu sa oboznámite so štruktúrou detektora ATLAS a tiež s tým, ako častice - výsledné produkty zrážok protónov - interagujú s materiálom detektora a zanechávajú stopy. Môžete sa rozhodnúť, či sa to chcete naučiť prostredníctvom videoanimácií alebo pomocou textov a obrázkov.
ATLAS je skratka z anglického A Toroidal LHC ApparatuS, pretože veľké toroidné magnety obklopujú väčšinu detektora. V strede detektora ATLAS sa zrážajú dva zväzky častíc (každý s približne stovkou miliárd protónov), ktoré boli predtým urýchlené v opačných smeroch v urýchľovači LHC. Pri čelnej zrážke medzi dvoma protónmi vznikajú nové častice. Z informácií, ktoré detektor zozbiera z týchto zrážok - tzv. “eventov” alebo prípadov, sú fyzici schopní povedať, k akým fyzikálnym procesom došlo. To však môžu urobiť len vtedy, ak rozumejú detektoru a jeho činnosti. Takže sa na to teraz pozrieme.
ATLAS v animáciách
ATLAS v obrázkoch a textoch
V nasledujúcej obrázkovej galérii nájdete krátky popis štruktúry a funkcie každej časti detektora.
-
Detektor ATLAS je viacúčelovým detektorom. Je využívaný vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) na hľadanie nových poznatkov, ktoré nám umožnia lepšie pochopiť formovanie raného vesmíru a jeho zloženie. Pomocou detektoru ATLAS chcú fyzici detekovať častice vytvorené pri protón-protónových zrážkach a určovať ich vlastnosti. Pod týmito vlastnosťami rozumieme napríklad hybnosť, elektrický náboj a energiu. Kvôli tomuto bol postavený detektor s úctyhodnými rozmermi – dĺžka 44 metrov a priemer 25 metrov. Detektor sa skladá z rôznych častí, každá má špecifickú úlohu. Usporiadané sú ako vrstvy cibule okolo trubice urýchľovača, v ktorej obiehajú protóny.
-
Dráhové detektory detekujú častice s elektrickým nábojom. Merajú ich polohy v rozličnom čase. Keďže sa dráhové detektory nachádzajú v homogénnom magnetickom poli, nabité častice sú odkláňané. Zo zakrivenia je možné vyrátať hybnosť a určiť elektrický náboj. Interakcia medzi časticami vyprodukovanými pri zrážke a materiálom dráhových detektorov je veľmi malá, preto tu častice zanechávajú len malé množstvo energie.
-
Dráhové detektory detekujú častice s elektrickým nábojom. Merajú ich polohy v rozličnom čase. Keďže sa dráhové detektory nachádzajú v homogénnom magnetickom poli, nabité častice sú odkláňané. Zo zakrivenia je možné vyrátať hybnosť a určiť elektrický náboj. Interakcia medzi časticami vyprodukovanými pri zrážke a materiálom dráhových detektorov je veľmi malá, preto tu častice zanechávajú len malé množstvo energie.
-
V hadrónovom kalorimetri (Tile barrel) sú detekované silne interagujúce častice, zložené z kvarkov a/alebo antikvarkov – tzv. hadróny, napr. protóny a neutróny. Princíp detekcie je podobný ako v prípade elektromagnetického kalorimetra, avšak v hadrónovom kalorimetri sa používajú materiály s vyššou hustotou, ktoré sú nutné na absorbciu hadrónov.
-
Mióny zanechávajú len malú časť svojej energie v kalorimetroch a sú jedinými „viditeľnými” časticami, ktoré prejdú cez každú vrstvu detektoru ATLAS. Z tohto dôvodu sú miónové komory na identifikáciu miónov umiestnené vo vonkajšej časti ATLASu. Miónové komory sa nachádzajú v prídavnom magnetickom poli, čo umožňuje presnejšie meranie hybnosti ako pomocou dráhových detektorov. Magnetické pole je vytvárané obrovskými toroidnými cievkami (odtiaľ to „T“ v názve „ATLAS“). Miónové komory sú tvorené tisíckami dlhých trubíc naplnených plynom, v strede každej trubice je umiestnený vodič. Dopadajúce mióny ionizáciou plynu vytvárajú voľné nosiče náboja, ktoré sa pod vplyvom veľkého potenciálového rozdielu medzi vodičom a trubicou pohybujú buď k vodiču, alebo k vonkajšej stene. Vzniká tak elektronicky spracovateľný signál.
