Uspořádání a funkce detektoru ATLAS
Seznamte se s konstrukcí detektoru ATLAS a s tím, jak částice interagují s materiálem v jeho různých částech, což umožňuje jejich detekci. Můžete si vybrat mezi videem nebo psaným textem.
Detektor ATLAS zaznamenává produkty protonových srážek (jméno ATLAS je zkratka
vzniklá z anglického "A Toroidal LHC AparatuS" - česky něco jako
"Toroidální aparatura na LHC"). Uprostřed ATLASu dochází ke srážkám
dvou shluků částic (každý shluk obsahuje 100 miliard protonů), které
byly v LHC urychleny v navzájem opačných směrech. Nelze nijak určit, které
části protonů se podílely na srážce, dokonce ani které konkrétní protony se
srazily. Při srážkách vznikají nové částice. Ze změřených údajů o těchto
částicích (tedy z experimentálních dat) dokáží fyzikové určit, k jakým
fyzikálním procesům při srážce došlo. K tomu ovšem potřebují co
nejpřesněji rozumět všem vlastnostem detektoru. Podívejme se, co to znamená.
ATLAS - video
ATLAS - text a obrázky
V následující galerii obrázků najdete stručný popis struktury 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.
-
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. Metoda detekce je podobná jako u elektromagnetického kalorimetru. V hadronových kalorimetrech je však třeba použít materiály s vyšší hustotou, aby se dosáhlo žádoucí absorpce silně interagujících částic.
-
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 mionové komory. Ty jsou umístěny 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.
