ATLAS (detektor)

ATLAS (skrót od A T oroidalne L HC A pparatu S : - toroidalne urządzenie instrumentalne dla LHC - które wykorzystuje toroidalny elektromagnes, w którym pole magnetyczne zamyka się w powietrzu bez pomocy powrotu żelaza) jest jednym z 5 Eksperymenty ze zderzaczem LHC w CERN . Jest to detektor cząstek podobny do CMS , ale większy i inny w konstrukcji. Jego zadaniem jest wykrycie bozonu Higgsa , cząstek supersymetrycznych ( SUSY ). Te ostatnie przewidują teorie, ale eksperymentalnie (w 2012 r.) Można było wykryć tylko bozon Higgsa .

Ten super detektor, będący wynikiem międzynarodowego projektu rozpoczętego w 1992 roku, został poddany intensywnym testom i symulacjom w listopad 2007, a jego działanie zależy od aktywacji belek LHC . Pierwsze belki zostały wprowadzone do LHC pod koniec 2009 roku.

Opis

Struktura cylindryczna w łupinie cebuli

Ma kształt walca o średnicy 22 metrów, długości około 40 metrów i wadze 7 000 ton. Skupia się na linii belek, które ją przecinają. Struktura solenoidu musi pokrywać obszar, w którym emitowane są cząsteczki. Cylinder ma warstwy nałożone od miejsca zderzenia. Na fotografii obok widzimy 6 z 8 nadprzewodzących elektromagnesów ułożonych w „plastry” wokół centralnej osi: są one schładzane do 1,9 K przez nadciekły ciekły hel i przeznaczone do wytworzenia toroidalnego pola magnetycznego o wartości ponad 8 Tesli . Energia zmagazynowana na tym polu wystarczyłaby do stopienia 50 ton miedzi. Każdy element tego detektora jest wyposażony w bardzo czułe czujniki, aby móc dostosować położenie do mniej niż 5 mikronów.

Detektor znajduje się 80 metrów pod ziemią, w punkcie 1 LHC. Hala ATLAS ma 40 metrów wysokości, 55 metrów długości i 35 metrów szerokości, a do umocnienia sklepienia zużyto 11 000 ton betonu. Komunikacja z powierzchnią odbywa się za pomocą 2 pionowych szybów o głębokości 80 metrów.

ATLAS to gigantyczna łamigłówka technologiczna, składająca się zasadniczo z 4 koncentrycznych warstw:

Detektor wewnętrzny: jest to krzemowy wykrywacz śladów ( tracker ) , przeznaczony do śledzenia przepływu cząstek, gdy tylko się one utworzą; jest cylindryczny i zbudowany w łupinie cebuli związanej z wewnętrznym nadprzewodzącym elektromagnesem solenoidalnym o średnicy 2 metrów, który wytwarza pole o wartości 2 tesli ( 20 000 gausów) i wymaga prądu o wartości 7600 amperów. Cewka elektromagnesu i kalorymetr są chłodzone przez ten sam kriostat. Składa się w środku z detektora pikseli, który jest rozłożony na trzech warstwach umieszczonych w odległości 5,9 i 12 cm od osi. Następnie SCT ( półprzewodnikowy śledzenia ) składa się z czterech koncentrycznych beczek dwie warstwy, każda, w temperaturze 30 do 52 cm na belkach, co stanowi 4,088 modułów krzemu ponad 60 m 2 . Wreszcie TRT ( zszywacz promieniowania przejściowego ), który jest zestawem 50000 słomek o średnicy 4 mm , między 56 a 107 cm od osi.
Kalorymetr elektromagnetyczny: detektor cząstek elektromagnetycznych z próbkowaniem. Struktura z "mille-feuille" i "akordeonu" z ołowiu (70 ton) i ciekłego argonu (45 m 3 ). Tworzy cylindryczną beczkę o długości 6,8 m , o wewnętrznym promieniu 1,15 mi zewnętrznym promieniu 2,25 m .
Kalorymetr hadronowy: jest to detektor hadronów, cząstek, które nie są zatrzymywane przez pierwsze detektory; również o konstrukcji cylindrycznej i wadze 700 ton. Jego wewnętrzny promień wynosi 2,3 metra, a zewnętrzny promień 4,2 metra. Środkową część tworzą 64 trapezowe moduły składające się z 600 000 żelaznych płyt o grubości 6 mm i 3 m długości ( element absorbujący ) oraz 400 000 scyntylatorów z przeźroczystego styropianu o grubości 3 mm ( element aktywny ). Elementy te są prostopadłe do belek. Wytworzone światło jest proporcjonalne do energii zdeponowanej przez hadrony w scyntylatorze.
A detektor miony (O tylko cząstek do osiągnięcia, z neutrinów , inne zatrzymana przez wewnętrzne czujniki) wokół elektromagnesu nadprzewodnik zewnętrzną składającą się z 8 modułów toroidy prostokątny w gwiazdę. W skrajnych częściach mają 25 metrów długości. Osiem toroidów generuje cylindryczne pole, które przechodzi przez namagnesowaną przestrzeń w pętli wokół centralnej części. Cewki nadprzewodzące są utrzymywane w temperaturze -268 ℃. Przepływający przez nie prąd wynosi 20000 amperów. Ten zewnętrzny detektor składa się z komór mionowych, które wykorzystują technikę słomek, takich jak TRT, i obejmują 10 000 m 2 . Wpaździernik 2007wszystkie osiem kół mionowych jest na swoich miejscach. Mają 25 metrów średnicy i ważą od 40 do 50 ton. Każda z nich obsługuje 80 komór precyzyjnych lub 200 komór wyzwalających. Pozostaje zainstalować dwa mniejsze koła i komory końcowe.
Neutrina nie są wykrywane, ale możemy obliczyć ich wyciek, mierząc brakującą energię w zrekonstruowanych zdarzeniach, porównując sumę impulsów różnych cząstek z całkowitą energią dostarczoną przez zderzenie (zasada zachowania energii).

Krzyżowanie się cząstek

Strefa kolizji - - - - - - - Przejście cząstek przez detektor ATLAS - - - - - ->

Cząsteczki	Trajektograf	Kalorymetr elektromagnetyczny	Kalorymetr hadronowy	Detektory mionów
Fotony		+++ Prysznic elektromagnetyczny
Elektrony / pozytony	Jonizacja	+++ Prysznic elektromagnetyczny
Naładowane hadrony	Jonizacja	+ niewielki depozyt energii	+++ prysznic hadronowy
Neutralne hadrony		+ niewielki depozyt energii	+++ prysznic hadronowy
Miony	Jonizacja	+ niewielki depozyt energii	+ niewielki depozyt energii	+++ Impuls
Neutrina

Fotografie

ATLAS na powierzchni, Wrzesień 2005
Widok z góry, Wrzesień 2005
Listopad 2005
Widok z góry, Luty 2006
Widok z góry, Luty 2006
Luty 2007
Kable
Nadprzewodniki

Imponująca współpraca

ATLAS to współpraca krajowych agencji, agencji finansujących, ośrodków badawczych i uniwersytetów. W 2008 roku ponad 7 000 naukowców - połowa światowych fizyków doświadczalnych - uczestniczyło w całym projekcie LHC (akcelerator cząstek, detektory ATLAS, CMS, Alice i LHCb). Budowa ATLAS jest wynikiem współpracy 167 krajowych instytucji i agencji z 35 krajów i skupiającej około 2500 naukowców i inżynierów. Współpraca ta rozpoczęła się od zespołu Carlo Rubbii , który w 1984 r. Podzielił Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki z Simonem van der Meerem za eksperyment UA1. W tamtym czasie profesor Rubbia wpadł na pomysł, by akcelerator cząstek był wystarczająco silny, by naukowcy mogli odkryć bozon Higgsa . Akcelerator LHC został zainaugurowany w 2008 roku wraz z czterema detektorami cząstek, w tym ATLAS.

W Lipiec 2012 Ogłoszono prawdopodobne odkrycie bozonu Higgsa dzięki eksperymentom CMS i ATLAS.

Uwagi i odniesienia

François Vannucci, ATLAS - Nowe wyzwanie cząstek elementarnych, Ellipses Ed., 2007
„ Fizycy odkryli bozon Higgsa z 99,9999% pewnością ” w Le Monde ,4 lipca 2012(dostęp 25 lutego 2014 )
„ CERN gratuluje Englertowi i Higgsowi, zdobywcom Nagrody Nobla ” , w CERN (dostęp 8 sierpnia 2020 ) .
http://atlas.ch/what_is_atlas.html#2a