Štruktúra a princíp činnosti detektoru ATLAS

Tu sa dozviete niečo o štruktúre detektoru ATLAS a tiež o tom, ako častice interagujú s materiálom detektora. Môžete sa rozhodnúť, či sa to chcete naučiť prostredníctvom animácií alebo pomocou textov a obrázkov.



Produkty protón-protónových zrážok sú detekované detektorom ATLAS (skratka z anglického A Toroidal LHC ApparatuS). V strede ATLASu sa zrážajú dva zväzky častíc (každý s približne stovkou miliárd protónov), ktoré boli predtým urýchlené v opačných smeroch urýchľovačom LHC. V dôsledku toho je nemožné predpovedať, ktorá časť jedného protónu sa zrazí s ktorou časťou druhého, ani to, ktoré protóny sa vôbec zrazia. Keď sa protóny zrazia, môžu sa od seba odraziť, ale pritom zostanú celé, alebo dôjde ku kolízii, pri ktorej sa rozpadnú, pričom dochádza ku vzniku nových častíc. Zo zaznamenaných dát fyzici vedia určiť, akým fyzikálnym procesom mohlo počas zrážky dôjsť. Na to, aby to mohli urobiť, potrebujú poriadne porozumieť detektoru a jeho činnosti. Tak sa na to pozrime aj my.

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 detektora 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.
  • V elektromagnetickom kalorimetri (LAr electromagnetic barrel) sú detekované častice a ich antičastice, ktoré interagujú elektromagneticky. Sú to predovšetkým elektróny, pozitróny a fotóny. Celá energia častice letiacej cez elektromagnetický kalorimeter je tu absorbovaná a premenená na elektronický signál. Intenzita signálu je mierou energie častice.
  • V hadrónovom kalorimetri (Tile barrel) sú detekované silne interagujúce častice, zložené z kvarkov a/alebo antikvarkov – tzv. hadróny, napr. protóny a neutróny.
  • 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.