Δομή και Λειτουργία του Ανιχνευτή ATLAS
Εδώ, θα ασχοληθούμε με τη δομή του ανιχνευτή ATLAS καθώς και πώς τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το υλικό του ανιχνευτή, ώστε να ανιχνευθούν. Για την κατανόηση του θέματος αυτού μπορείς να επιλέξεις αν θέλεις να χρησιμοποιήσεις video ή απλά κείμενο.


Ο ανιχνευτής ATLAS (αρκτικόλεκτο του A Toroidal LHC ApparatuS, δηλαδή μια δακτυλιοειδής συσκευή του LHC) ανιχνεύει τα προϊόντα της σύγκρουσης των πρωτονίων. Στο κέντρο του ATLAS, συγκρούονται δύο δεσμίδες πρωτονίων (με 100 δισεκατομμύρια πρωτόνια η κάθε μια), οι οποίες έχουν ήδη επιταχυνθεί με αντίθετες κατευθύνσεις μέσα στον επιταχυντή LHC. Κατά τη σύγκρουση τα πρωτόνια μιας δεσμίδας μπορεί να αλληλεπιδράσουν ασθενώς με αυτά της άλλης δεσμίδας (οπότε απλά αλλάζουν πορεία), αλλά μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσουν ισχυρά, να "σπάσουν" (δηλαδή να μην αναγνωρίζονται πλέον ως πρωτόνια). Στη δεύτερη περίπτωση δημιουργούνται νέα σωματίδια. Από την πληροφορία των νέων σωματιδίων, οι φυσικοί μπορούν να περιγράψουν τα φυσικά φαινόμενα που συνέβησαν κατά τη σύγκρουση. Φυσικά, η πληροφορία αυτή είναι αξιοποιήσιμη όταν γίνει κατανοητή η λειτουργία του ανιχνευτή. Οπότε, ας εστιάσουμε τώρα στο θέμα αυτό.

Ο ATLAS σε video



Ο ATLAS σε κείμενο και εικόνες
Στις παρακάτω εικόνες μπορείς να βρεις μια σύντομη περιγραφή της δομής και της λειτουργίας κάθε τμήματος του ανιχνευτή.
  • Ο ανιχνευτής ATLAS έχει πολλαπλούς στόχους. Χρησιμοποιείται στο Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) με σκοπό να δώσει νέες επεξηγήσεις που αφορούν στη δημιουργία και τη δομή του σύμπαντος. Με τη βοήθεια του ATLAS οι φυσικοί προσδοκούν να ανιχνεύσουν νέα σωματίδια που παράγονται κατά τις συγκρούσεις των πρωτονίων και να καθορίσουν τις ιδιότητές τους: την ορμή, την ενέργεια, το φορτίο κ.λπ. Γι' αυτό το σκοπό, ο ανιχνευτής που φτιάχτηκε έχει τεράστιες διαστάσεις: ένας κύλινδρος με 44 μέτρα μήκος και 25 μέτρα διάμετρο βάσης. Αποτελείται από διαφορετικά ανιχνευτικά τμήματα, το καθένα με συγκεκριμένο σκοπό. Διευθετούνται σε μια δομή που μοιάζει με φλοίδες κρεμμυδιού που τυλίγονται γύρω από τον σωλήνα που κυκλοφορούν οι δέσμες.
  • Οι ανιχνευτές τροχιάς ανιχνεύουν σωματίδια που έχουν ηλεκτρικό φορτίο, υπολογίζοντας τη θέση του σωματιδίου σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Το μαγνητικό πεδίο που επικρατεί στο χώρο των ανιχνευτών υποχρεώνει σε καμπύλωση τις τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων. Από αυτή την καμπύλωση μπορεί να καθοριστεί η ορμή και το φορτίο του σωματιδίου. Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων με τα υλικά του ανιχνευτή είναι πολύ μικρή. Επομένως, πολύ μικρό ποσοστό της ενέργειας του σωματιδίου εναποτίθεται στους ανιχνευτές τροχιάς.
  • Στο ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο (LAr electromagnetic barrel), ανιχνεύονται σωματίδια και αντισωματίδια που αλληλεπιδρούν ηλεκτρομαγνητικά. Αυτά είναι κυρίως ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια και φωτόνια. Η συνολική ενέργεια του σωματιδίου απορροφάται από τον ανιχνευτή και μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνητικό σήμα. Η ισχύς αυτού του σήματος χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ενέργειας του σωματιδίου.
  • Στο αδρονικό θερμιδόμετρο (Tile barrel), ανιχνεύονται σωματίδια που αλληλεπιδρούν μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Τα σωματίδια αυτά ονομάζονται αδρόνια και συγκροτούνται από κουάρκ. Ο τρόπος ανίχνευσης είναι παρόμοιος με αυτόν του ηλεκτρομαγνητικού θερμιδόμετρου. Τα υλικά, όμως, που χρησιμοποιούνται για το αδρονικό θερμιδόμετρο είναι μεγαλύτερης πυκνότητας, για την επίτευξη της επιθυμητής απορρόφησης.
  • Τα μιόνια εναποθέτουν μικρό τμήμα της ενέργειάς τους στα θερμιδόμετρα και είναι τα μόνα σωματίδια που διαπερνούν όλες τις στρώσεις του ανιχνευτή ATLAS. Γι' αυτό το λόγο, οι θάλαμοι μιονίων, που ανιχνεύουν τα μιόνια, είναι τοποθετημένοι στο πλέον εξωτερικό τμήμα του ATLAS. Στην περιοχή των θαλάμων αυτών υπάρχει ένα επιπλέον μαγνητικό πεδίο για τον πιο ακριβή προσδιορισμό (από ό,τι στους ανιχνευτές τροχιάς) της ορμής των μιονίων. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από τεράστια δακτυλιοειδή πηνία (toroidal, εξ ου και το γράμμα Τ στο ακρωνύμιο ATLAS). Οι θάλαμοι μιονίων αποτελούνται από χιλιάδες μακρύς σωλήνες που περιέχουν αέριο. Στη μέση, κατά μήκος κάθε σωλήνα, βρίσκεται ένα σύρμα. Τα προσπίπτοντα μιόνια ιονίζουν το αέριο των θαλάμων και παράγουν ελεύθερα φορτία που κατευθύνονται είτε προς το σύρμα ή προς το εξωτερικό τοίχωμα του θαλάμου (όπου και τελικά προσπίπτουν), λόγω της υψηλής διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού που επικρατεί ανάμεσα στο σύρμα και το εξωτερικό τοίχωμα. Αυτή η διεργασία δημιουργεί ένα αναγνώσιμο ηλεκτρικό σήμα.