Struttura e funzionamento del rivelatore ATLAS
In questa sezione ti familiarizzerai con il rivelatore dell'esperimento ATLAS e col come le particelle – prodotte dalle collisioni dei protoni - interagiscano con i materiali che lo costituiscono, lasciando la loro impronta. Puoi scegliere, se farlo con l'aiuto di un video o seguendo il testo.
ATLAS è un acronimo per "A Toroidal LHC AparatuS", per via dei grandi magneti (toroidi) che circondano la maggior parte del rivelatore. Due "pacchetti" di particelle (ognuno composto da circa 100 miliardi di protoni) sono accelerati in versi opposti da LHC e sono fatti scontrare nel punto centrale di ATLAS. In un urto frontale tra due protoni si formano nuove particelle. Analizzando le informazioni raccolte dai rivelatori in queste collisioni – i cosiddetti “eventi”, i fisici sono in grado di capire quale tipo di processo si sia prodotto. Questo è possibile solo dopo che il rivelatore sia stato completamente compreso in ogni sua funzione. Andiamo a vedere tutte le parti del rivelatore.
Alla scoperta di ATLAS con un video
Alla scoperta di ATLAS attraverso testo e figure
Nella seguente galleria di immagini, troverai una breve descrizione delle varie parti del rivelatore e delle loro relative funzioni.
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Il rivelatore ATLAS è stato realizzato per studiare molti campi della fisica. Si trova in LHC per cercare di capire come si sia formato l'universo e di cosa è costituito. Con l'aiuto del rivelatore ATLAS, i fisici vogliono osservare le particelle che si formano durante l'urto tra protoni e determinare le loro proprietà. Queste proprietà sono, ad esempio, la quantità di moto, la carica elettrica e l'energia. Per fare ciò è stato necessario costruire un rivelatore enorme, di 44 m di lunghezza e 25 m di diametro. Il rivelatore è composto da diversi elementi, ognuno con un compito specifico. Questi elementi si trovano uno attorno all'altro (a buccia di cipolla) e tutti attorno al tubo a vuoto in cui circolano i fasci di protoni.
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I "tracciatori" osservano particelle cariche elettricamente e misurano la posizione delle particelle in tempi diversi, descrivendone così la traiettoria. Poiché i tracciatori sono immersi in un campo magnetico omogeneo, la traiettoria delle particelle cariche viene curvata. Attraverso la curvatura è possibile misurare la quantità di moto e la carica elettrica di ogni particella. L'interazione tra le particelle prodotte durante l'urto ed il materiale del rivelatore è molto piccola, così la particella perde solo una minima parte della sua energia.
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Nel calorimetro elettromagnetico (composto da Argon Liquido "LAr" nella parte centrale), le particelle e le antiparticelle che risentono dell'interazione elettromagnetica vengono rivelate. Si tratta soprattutto di elettroni e fotoni. Mentre la particella attraversa il calorimetro, tutta la sua energia viene assorbita dal calorimetro stesso e trasformata in un segnale elettrico. L'ampiezza del segnale è proporzionale all'energia posseduta dalla particella.
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Nel calorimetro adronico "Tile Barrel" (strutturato a "piastrelle" nella sua parte centrale) vengono osservate le particelle che interagiscono attraverso la forza forte, tipo protoni e neutroni, ovvero quelle costituite da quark (o nel caso di antiparticelle da antiquark), genericamente chiamate adroni.
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I muoni, quando attraversano i calorimetri, perdono solo una piccola parte della loro energia iniziale e sono le uniche particelle che riescono ad attraversare tutto il rivelatore ATLAS. Per questo motivo i rivelatori che devono osservare ed identificare i muoni sono posti nella parte più esterna dell'intero apparato. I rivelatori dedicati all'osservazione dei muoni sono posti in una zona dove il campo magnetico è maggiore, così che la misura della loro quantità di moto risulti più precisa di quella ottenuta dai tracciatori posti nella zona interna dell'apparato. Il campo magnetico è prodotto da un'enorme bobina a forma di toroide (dalla cui iniziale deriva la T del nome ATLAS). Il rivelatore di muoni è costituito da migliaia di lunghi tubi riempiti di gas e all'interno di ogni tubo è posizionato un filo posto ad alta tensione elettrica (tipicamente positiva). I muoni che attraversano il tubo ionizzano il gas contenuto al suo interno; gli ioni elettricamente carichi che si sono formati migrano verso il filo (se hanno carica elettrica negativa) o verso la parete esterna del tubo (se hanno carica positiva), creando sul filo stesso un impulso elettrico misurabile con strumenti elettronici.
