Studieremo ora tracce di particelle che sono state osservate da due esperimenti chiamati OPAL, ed ATLAS presso i Laboratori del CERN di Ginevra. L’esperimento OPAL era uno dei quattro esperimenti che hanno preso dati al LEP (l’Electron-Positron Collider ovvero il Grande Collisore Elettroni-Positroni). ATLAS è uno dei quattro esperimenti che prendono dati ad LHC, il più grande acceleratore di particelle del mondo.

L'esperimento OPAL ha una forma pressoche' cilindrica. Le particelle sono prodotte al centro dell'apparato sperimentale lungo l'asse del cilindro e si propagano verso l'esterno. Nel fare cio' le particelle passano attraverso diversi tipi di rivelatore che sono disposti in cilindri concentrici intorno all'asse. Tipi di particelle diverse rilasciano segnali diversi nei vari rivelatori e questo ci permette di distinguerle. Potete trovare qui un diagramma dell'esperimento ed un gran numero di altre informazioni.

Guardiamo ora l'esempio di un'immagine di un'interazione di particelle. Nell'immagine viene mostrato il rivelatore cilindrico in vista trasversale: in questo caso i cilindri concentrici corrispondono ai diversi rivelatori mostrati appunto come cerchi concentrici.

I fasci incidenti di elettroni e positroni viaggiano in direzione opposta lungo l'asse del rivelatore cilindrico. (In questo disegno l'asse dei fasci e del rivelatore corrispondono a una linea perpendicolare allo schermo del vostro calcolatore passante per il centro dei cerchi concentrici.)

Vista trasversale di un Evento

Viaggiando dall'interno verso l'esterno, il primo rivelatore che si incontra vede le tracce prodotte da particelle aventi carica elettrica. (una traccia carica e' rappresentata nel disegno da una linea viola.) Potete anche chiaramente vedere che la traccia e' leggermente curva: questo e' dovuto alla presenza di un campo magnetico. (nel disegno la direzione del campo magnetico e' perpendicolare allo schermo.) Misurando molto accuratamente il grado di curvatura possiamo determinare la quantità di moto di ciascuna particella carica.

Lungo il suo viaggio verso l'esterno la particella passa attraverso un rivelatore chiamato "calorimetro elettromagnetico". Interagendo con gli atomi di questo rivelatore la particella perde energia. Il rivelatore e' in grado di misurare la quantita' totale di energia depositata dalla particella e questa e' la ragione per cui viene chiamato calorimetro (nel disegno l'energia depositata e' indicata con un rettangolo giallo).

Nel disegno si usa un codice di colore per indicare il valore della quantità di moto delle tracce delle particelle cariche e quello dell'energia depositata nel calorimetro. Una scala posta nella parte inferiore del disegno mostra la corrispondenza tra colori e intervalli di quantità di moto ed energia. Ovvero, il rosso corrisponde ad un intervallo di energia (o quantità di moto) compreso tra 0 e 0.5 GeV, il giallo ad un intervallo compreso tra 0.5 e 1.0 GeV, il verde tra 1.0 e 2.0 GeV e cosi' via. Le tracce e i depositi di energia disegnate in bianco corrispondono a quantità di moto (energie) maggiori di 16 GeV. (A questo punto dovreste essere in grado di capire che la traccia carica presente nell'immagine ha una quantità di moto compresa tra 4 e 8 GeV e che l'energia depositata nel calorimetro elettromagnetico e' compresa tra 0.5 e 1.0 GeV.)

Molte particelle perdono tutta la loro energia nel calorimetro elettromagnetico e percio' non procedono oltre. Tuttavia la particella mostrata nell'immagine passa attraverso il calorimetro elettromagnetico e penetra nel rivelatore successivo, chiamato "calorimetro adronico". L'energia che la particella deposita nel calorimetro adronico e' visualizzata attraverso un rettangolo violetto e delle crocette.

Quasi tutte le particelle perdono tutta l'energia che e' loro rimasta nel calorimetro adronico e percio' si arrestano. Tuttavia, la particella mostrata nell'immagine passa attraverso il calorimetro adronico e nei rivelatori ancora piu' esterni chiamati "camere per muoni". I segnali prodotti dalla particella nelle camere per muoni sono individuati dalle crocette gialle e dalle freccette rosse. Il muone e' l'unica particella che puo' passare attraverso tutti i calorimetri e rilasciare un segnale nelle camere per muoni.

Qualche volta e' utile osservare il rivelatore e i segnali della particella utilizzando una vista longitudinale. Ecco pertanto una vista longitudinale dell'evento analizzato precedentemente.

Vista longitudinale dell'evento

Osservando i diversi tipi di segnali prodotti nei vari rivelatori tenteremo ora di distinguere fra tre diversi tipi di particelle: muoni, elettroni e adroni. Seleziona una delle seguenti opzioni per vedere come queste particelle differiscano l'una dall'altra.

altri esempi contenenti un muone
esempio di eventi contenenti un elettrone
esempio di eventi contenenti un adrone

Quando avrai capito come i fisici identificano le tracce prodotte dai diversi tipi di particelle, clicca
qui per ottenere più informazioni sul rivelatore ATLAS.

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