Uspořádání a funkce detektoru ATLAS
Seznamte se s konstrukcí detektoru ATLAS a s tím, jak částice – produkty srážek protonů – interagují s materiálem detektoru v jeho různých částech a zanechávají zde své stopy. Můžete si vybrat a využít buď videomateriál, nebo psaný text.
Jméno ATLAS je zkratka vzniklá z anglického "A Toroidal LHC AparatuS" - česky něco jako "Toroidální aparatura na LHC". Odkazuje na obrovské toroidální magnety obklopující většinu detektoru. Uprostřed ATLASu dochází ke srážkám dvou shluků částic (každý shluk obsahuje 100 miliard protonů), které byly v LHC urychleny v navzájem opačných směrech. Při čelních srážkách mezi dvojicemi protonů vznikají nové částice. Ze změřených údajů o těchto srážkách (tedy z dat zaznamenaných detektorem – používá se termín “event” - událost) dokáží fyzikové určit, k jakým fyzikálním procesům došlo. K tomu ovšem potřebují co nejpřesněji rozumět všem vlastnostem detektoru. Právě tím se nyní budeme zabývat.
ATLAS – video
ATLAS - text a obrázky
V následující galerii obrázků najdete stručný popis konstrukce a fungování každé z částí detektoru.
-
ATLAS je tzv. univerzální detektor. Funguje na urychlovači LHC, kde pátrá po nových poznatcích o vzniku našeho vesmíru a jeho vlastnostech. S pomocí detektoru ATLAS zaznamenávají fyzikové částice vznikající při srážkách protonů a stanovují jejich vlastnosti jako hybnost, elektrický náboj nebo energii. Detektor má úctyhodné rozměry - má tvar ležatého válce o délce 44 metrů a průměru 25 metrů. Skládá se z několika různých součástí (neboli subdetektorů). Každý subdetektor plní specifickou funkci. Subdetektory jsou uspořádány do vrstev a tvoří "cibulovitou" (či spíše "pórkovitou") strukturu kolem trubice urychlovače, v níž obíhají protony.
-
Dráhové detektory detekují elektricky nabité částice. Zaznamenají, kde se částice nacházely v různých časovývh okamžicích, a umožní tak zobrazit jejich dráhy. Dráhové detektory jsou umístěny v homogenním magnetickém poli, které dráhy částic ohýbá. Z tvaru dráhy lze spočítat hybnost částice a určit její elektrický náboj. Vzájemné působení mezi částicemi produkovanými při srážkách a materiálem dráhových detektorů je velmi slabé. Částice v nich tudíž zanechávají jen nepatrnou část své energie.
-
V elektromagnetickém kalorimetru, na obrázku označeném "LAr electromagnetic barrel", se detekují některé z částic (nebo antičástic) interagujících elektromagneticky. Jde především o elektrony, pozitrony a fotony. V elektromagnetickém kalorimetru je veškerá energie příslušné částice pohlcena a přeměněna v elektromagnetický signál. Z velikosti signálu lze určit, jakou měla částice energii.
-
V hadronovém kalorimetru ("Tile barrel") se detekují hadrony. Hadrony je souhrnné označení pro silně interagující částice, to je částice složené z kvarků a/nebo antikvarků, jako je třeba proton nebo neutron.
-
Miony odevzdají v kalorimetrech obou typů jen malý díl své energie a projdou všemi vrstvami detektoru ATLAS. Pro jejich identifikaci jsou proto na vnější straně ATLASu umístěny mionové komory. Ty se nacházejí v dalším magnetickém poli, aby se hybnost mionů dala změřit přesněji než ve dráhových detektorech. Zdrojem tohoto magnetického pole jsou obří toroidální cívky (od nich pochází ono T ve jménu ATLAS). Mionové komory se skládají z tisíců dlouhých trubek naplněných plynem. Středem každé z trubek vede drát. Prolétající miony ionizují plyn v trubkách a vznikají volně pohyblivé nosiče náboje. Mezi drátem a stěnou trubky je vysoké napětí, takže drát či stěna přitahují náboje příslušného znaménka. Tím vzniká elektrický signál, který lze zaznamenat.
