ATLAS Dedektörünün Yapısı ve İşleyişi

Bu bölümde ATLAS Dedektörünün yapısı ve parçacıkların dedektör ile nasıl etkileşime geçtiğini öğreneceksiniz. İsteğinize göre videolar yardımıyla ya da ilgili yazılar ile öğrenebilirsiniz.



Proton-proton çarpışmaları sonucu ortaya çıkan ürünler ATLAS dedektörü (“A Toroidal LHC ApparatuS” yani “halka şeklindeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı düzeneği") tarafından tespit edilir. Her biri 100 milyar proton içeren iki parçacık demeti, BHÇ'de zıt yönlerde ivmelendirildikten sonra ATLAS dedektörünün ortasında çarpışırlar. Bu sebeple bir protonun hangi parçasının bir diğerinin hangi parçasıyla çarpışacağının hatta hangi protonların çarpışacağının öngörülmesi beklenemez. Protonlar çarpıştıklarında ya basitçe bir bütün halinde kalarak saçılmaya uğrarlar ya da daha şiddetle etkileşime geçerler ve parçalanırlar. Parçalandıklarında ise yeni parçacıklar oluşur. Fizikçiler, dedektör sayesinde elde edilen veriler ile çarpışmalar sırasında hangi fiziksel süreçlerin gerçekleşmiş olabileceğini söyleyebilirler. Bunu doğru bir şekilde yapabilmek için dedektörü ve işlevlerini iyi anlamak gerekir. Öyleyse hep beraber bu noktalara bir bakalım.

ATLAS Animasyon Videoları



Yazı ve Çizimler Aracılığı ile ATLAS
Aşağıdaki çizimlerde dedektörün tüm bölümlerinin yapısı ve işlevi hakkında kısa açıklamaları bulabilirsiniz.
  • ATLAS Dedektörü aslında çok amaçlı bir dedektördür. Dedektör, evrenin neyden yapıldığı ve nasıl oluştuğu gibi yeni kavramlar aramak üzere Büyük Hadron Çarpıştırıcı'sında (BHÇ) kullanılmıştır. Fizikçiler, ATLAS Dedektörünün yardımıyla proton-proton çarpışmalarında oluşan parçacıkları ve özelliklerini tespit ediyorlar. Bu özellikler, örnek olarak, momentum, elektrik yükü ve enerjidir. Bunun için, oldukça büyük ölçülerde bir dedektör inşa edildi: Uzunluğu 44 metre ve 25 metrelik bir çapa sahip bir dedektör. Dedektörün içinde birkaç çeşit birbirinden farklı görevleri olan dedektörler mevcuttur. Bu yapı, protonların geçtiği hızlandırıcının çevresinde tıpkı bir "Soğan"ın yapısına benzer bir yapıda inşa edilmiştir.
  • İzleyiciler, elektrik yüklü parçacıkları algılarlar. Parçacıkların farklı zamanlarda konumlarını ölçerler. İzleyicilere homojen bir dağılım gösteren bir manyetik alan nüfus etmiştir, böylece yüklü parçacıklar bükülürler. Bükülmenin eğimini belirleyerek, momentumu ve elektrik yüklerini ölçebiliriz. Çarpışma sırasında oluşan parçacıklar ile izleyici dedektörlerin malzemesi arasındaki etkileşim çok küçüktür. Bundan dolayı orada parçacıklar çok küçük bir enerji bırakırlar.
  • Parçacıklar ve Anti-parçacıklar, ki bunlar elektromanyetik etkileşim yaparlar, Elektromanyetik Kalorimetre (LAr - Sıvı Argon Elektromanyetik Silindir) ile tespit edilirler. Bunlar genellikle Elektronlar ve Fotonlardır. Parçacığın enerjisi elektromanyetik detektörün içerine nüfus ettiğinde, bu enerji burada absorblanır (emilir) ve bir elektronik sinyale dönüştürülür. Sinyalin kuvveti parçacığın enerjisinin ölçülmesinde baz alınır.
  • Güçlü etkileşim içindeki parçacıklar olan Kuarklardan ve/veya Anti-Kuarklardan oluşan Hadronlar, Hadronik Kalorimetre (Tile barrel) tarafından algılanır. Örnek olarak; Protonlar ve Nötronlar.
  • Müonlar, kalorimetrelerde enerjilerinin çok az bir kısmını depolarlar ve ATLAS dedektörünün her tabakasında görülen tek görülebilir parçacıklardır. Müonları belirlemek için ATLAS'ın en dış kısmında Müon Odaları denen bölümler vardır. Bu odalarda, momentumu izleyicilere göre daha keskin ölçebilmek için ek olarak bir manyetik alan bulunmaktadır. Bu manyetik alan büyük toroidal bobinler tarafından oluşturulmaktadır (ATLAS'ın T harfi buradan gelmektedir). Müon odaları içi gaz dolu binlerce tüpden yapılmıştır. Her tüpün içinden de bir kablo geçmektedir. Gelen müonlar gaz içerisinde iyonizasyon yoluyla serbest elektrik yük taşıyıcıları oluştururlar. Bu yükler, tüp ile kablo arasında oluşan büyük voltaj farkı yüzünden dış duvara doğru hareket ederler ve böylece elektronik olarak okunabilen bir sinyal oluştururlar.