Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о детекторе LHC в ЦЕРНе. Для других экспериментов см Атлас (значения) .
Большой адронный коллайдер
(LHC)
LHC.svg
LHC эксперименты
АТЛАСАппарат с тороидальным LHC
CMSКомпактный мюонный соленоид
LHCbБАК-красота
АлисаЭксперимент на большом ионном коллайдере
ТОТЕМПолное сечение, упругое рассеяние и дифракционная диссоциация.
LHCfLHC-вперед
MoEDALДетектор монополей и экзотики на LHC
ФАЗЕРЭксперимент ForwArd Search
Предускорители LHC
p и PbЛинейные ускорители для протонов (линейный ускоритель 4) и свинца (ЛУ 3)
(не отмечен)Протонный синхротронный ускоритель
PSПротонный синхротрон
СПССупер протонный синхротрон

Координаты : 46 ° 14′8 ″ с.ш., 6 ° 3′19 ″ в.д. / 46,23556 ° с. Ш. 6,05528 ° в. / 46.23556; 6,05528 ATLAS(тороидальные аппараты LHC) [1] - это крупнейшийэксперимент подетектору частицобщего назначениянаБольшом адронном коллайдере(LHC),ускорителе частицвЦЕРНе.(Европейская организация ядерных исследований) в Швейцарии. [2] Эксперимент разработан, чтобы использовать в своих интересах беспрецедентную энергию, доступную на LHC, и наблюдать явления, которые связаны с очень массивнымичастицами,которые не наблюдались при использовании более низкихэнергий.ускорители. ATLAS был один из двух экспериментов LHC , вовлеченных в открытии бозона Хиггса в июле 2012 года [3] [4] Он также предназначен для поиска доказательства теорий в физике элементарных частиц за пределами Стандартной модели .

Детектор 360 ° Panorama ATLAS

В эксперименте участвуют около 3000 физиков из 183 институтов в 38 странах. [5] Первые 15 лет проектом руководил Питер Дженни , с 2009 по 2013 год возглавлял Фабиола Джанотти, а с 2013 по 2017 год - Дэвид Чарльтон . Сотрудничество ATLAS в настоящее время возглавляет Карл Якобс . [6]

История [ править ]

Рост ускорителя частиц [ править ]

Строящийся детектор ATLAS в октябре 2004 года в экспериментальной яме. Строительство было завершено в 2008 году, а ATLAS успешно собирает данные с ноября 2009 года, когда началась работа встречных пучков на LHC. Обратите внимание на людей на заднем плане для сравнения размеров.

Первый циклотрон , один из первых ускорителей частиц, был построен Эрнестом О. Лоуренсом в 1931 году с радиусом всего несколько сантиметров и энергией частиц 1 мегаэлектронвольт (МэВ) . С тех пор ускорители сильно выросли в стремлении производить новые частицы все большей и большей массы . По мере роста ускорителей увеличивался и список известных частиц , которые можно было бы использовать для исследования.

Сотрудничество ATLAS [ править ]

Карл Якобс , руководитель проекта

ATLAS Collaboration , группа физиков, строивших и запустить детектор [ требуется уточнение ] , была образована в 1992 году , когда предлагаемый EAGLE (эксперимент для точных гамма, лептонных и энергетических измерений) и ASCOT (аппарат с супер Проведением Тороиды) коллаборации объединили свои усилия по созданию единого детектора частиц общего назначения для Большого адронного коллайдера. [ требуется разъяснение ] [7]

Конструкция и конструкция детектора [ править ]

Конструкция представляла собой комбинацию двух предыдущих экспериментов, а также результатов исследований и разработок детектора, которые были выполнены для сверхпроводящего суперколлайдера . Эксперимент ATLAS в его нынешней форме был предложен в 1994 году и официально профинансирован странами-членами CERN в 1995 году. В последующие годы к нему присоединились другие страны, университеты и лаборатории . Строительные работы начались в отдельных учреждениях, а в 2003 году компоненты детекторов были отправлены в ЦЕРН и собраны в экспериментальной яме ATLAS.

Работа детектора [ править ]

Строительство было завершено в 2008 году, и эксперимент обнаружил первые однолучевые события 10 сентября того же года. [8] После этого сбор данных был прерван более чем на год из-за тушения магнита на LHC . 23 ноября 2009 г. первые протон- протонные столкновения произошли на LHC и были зарегистрированы ATLAS при относительно низкой энергии инжекции 450 ГэВ на пучок. С тех пор энергия LHC увеличивалась: 900 ГэВ на пучок в конце 2009 г., 3500 ГэВ на весь 2010 и 2011 гг., Затем 4000 ГэВ на пучок в 2012 г. Первый период сбора данных, проведенный в период с 2010 по 2012 г. называется Run I. После длительного отключения (LS1) в 2013 и 2014 годах на ATLAS в 2015 году было зарегистрировано 6500 ГэВ на пучок. [9] [10] [11]Второй период сбора данных, Run II, был завершен в конце 2018 года с зарегистрированной интегральной светимостью около 140 / фб. [12] За этим последовала вторая длительная остановка (LS2) в 2019 и 2020 годах, в то время как ATLAS модернизируется для запуска III в 2021 году. [13]

Экспериментальная программа [ править ]

Схемы, называемые диаграммами Фейнмана, показывают основные способы образования бозона Хиггса Стандартной модели из сталкивающихся протонов на LHC.

ATLAS исследует множество различных типов физики, которые могут быть обнаружены в энергетических столкновениях LHC. Некоторые из них являются подтверждением или улучшенными измерениями Стандартной модели , в то время как многие другие являются возможными ключами к новым физическим теориям.

Стандартная модель и не только [ править ]

За важным исключением бозона Хиггса , который теперь обнаружен экспериментами ATLAS и CMS [14], все частицы, предсказанные моделью, наблюдались в предыдущих экспериментах. Хотя Стандартная модель предсказывает, что кварки, электроны и нейтрино должны существовать, она не объясняет, почему массы этих частиц различаются на порядки. Из-за этого многие физики элементарных частиц считают, что Стандартная модель может выйти из строя при энергиях тераэлектронвольта (ТэВ).масштаб или выше. Если такая физика выходит за рамки Стандартной модели, новая модель, идентичная Стандартной модели при энергиях, исследованных до сих пор, может быть разработана для описания физики элементарных частиц при более высоких энергиях. Большинство предлагаемых в настоящее время теорий предсказывают новые частицы большей массы, некоторые из которых могут быть достаточно легкими, чтобы их можно было наблюдать с помощью ATLAS.

Бозон Хиггса [ править ]

Одной из важнейших целей ATLAS было исследование недостающего элемента Стандартной модели - бозона Хиггса . [15] Механизм Хиггса , который включает бозон Хиггса, придает массу элементарным частицам, что приводит к различиям между слабым взаимодействием и электромагнетизмом , давая массу W- и Z-бозонов , оставляя фотон безмассовым. 4 июля 2012 года ATLAS вместе с CMS, его сестринским экспериментом на LHC, сообщил о доказательствах существования частицы, соответствующей бозону Хиггса, с уровнем достоверности 5 сигма , [3]с массой около 125 ГэВ, что в 133 раза больше массы протона. Эта новая "хиггсовская" частица была обнаружена по ее распаду на два фотона и по распаду на четыре лептона . В марте 2013 года в свете обновленных результатов ATLAS и CMS ЦЕРН объявил, что новая частица действительно была бозоном Хиггса. Эксперименты также смогли показать, что свойства частицы, а также способы ее взаимодействия с другими частицами были хорошо согласованы со свойствами бозона Хиггса, который, как ожидается, будет иметь спин 0 и положительную четность . Анализ других свойств частицы и данные, собранные в 2015 и 2016 годах, еще раз подтвердили это. [14]В 2013 году два физика-теоретика, предсказавшие существование бозона Хиггса в Стандартной модели, Питер Хиггс и Франсуа Энглер, были удостоены Нобелевской премии по физике .

Нарушение CP [ править ]

Асимметрия между поведением материи и антивещества , известная как нарушение СР , также исследуется. [15] Недавние эксперименты, посвященные измерениям CP-нарушения, такие как BaBar и Belle , не обнаружили достаточного CP-нарушения в Стандартной модели, чтобы объяснить отсутствие обнаруживаемого антивещества во Вселенной. Возможно, что новые модели физики внесут дополнительное CP-нарушение, проливающее свет на эту проблему. Свидетельства, подтверждающие эти модели, могут быть обнаружены либо непосредственно путем образования новых частиц, либо косвенно путем измерения свойств B- и D- мезонов . LHCb, эксперимент LHC, посвященный B-мезонам, скорее всего, больше подходит для последнего. [16]

Лучшие свойства кварка [ править ]

Свойства топ-кварка , открытого в Фермилабе в 1995 году, пока измерены лишь приблизительно. Обладая гораздо большей энергией и большей частотой столкновений, LHC производит огромное количество топ-кварков, что позволяет ATLAS проводить гораздо более точные измерения его массы и взаимодействия с другими частицами. [17] Эти измерения предоставят косвенную информацию о деталях Стандартной модели с возможностью выявления несоответствий, указывающих на новую физику. Аналогичные прецизионные измерения будут сделаны для других известных частиц; например, ATLAS может со временем измерить массу W-бозона вдвое точнее, чем это было достигнуто ранее.

Суперсимметрия [ править ]

Одна теория, которая является предметом многих современных исследований, - это суперсимметрия . Суперсимметрия потенциально может решить ряд проблем теоретической физики , таких как проблемы иерархии в калибровочной теории , и присутствует почти во всех моделях теории струн . Модели суперсимметрии включают новые очень массивные частицы. Во многих случаях они распадаются на кварки высокой энергии и стабильные тяжелые частицы, взаимодействие которых с обычным веществом маловероятно. Стабильные частицы покидают детектор, оставляя в качестве сигнала одну или несколько кварковых струй высокой энергии и большое количество «недостающего» импульса.. Другие гипотетические массивные частицы, такие как те, что входят в теорию Калуцы – Клейна , могут оставить подобную подпись, но их открытие определенно укажет на то, что за пределами Стандартной модели существует некая физика.

Микроскопические черные дыры [ править ]

Некоторые гипотезы, основанные на модели ADD , предполагают наличие больших дополнительных измерений и предсказывают, что черные дыры могут быть сформированы с помощью LHC. [18] Они немедленно распадаются под действием излучения Хокинга , производя все частицы в Стандартной модели в равных количествах и оставляя однозначную сигнатуру в детекторе ATLAS. [19]

Детектор ATLAS [ править ]

Детектор ATLAS имеет длину 46 метров, диаметр 25 метров и вес около 7000 тонн; он содержит около 3000 км кабеля. [20]

На 27 километров в окружности , то Большой адронный коллайдер (БАК) сталкивается два пучка протонов вместе, каждый протон грузоподъемности до 6,5  Т энергии - достаточно для производства частиц с массами значительно больше , чем какие - либо частицы в настоящее время известно, существуют ли эти частицы. Когда пучки протонов, создаваемые Большим адронным коллайдером, взаимодействуют в центре детектора, образуются различные частицы с широким диапазоном энергий.

Общие требования [ править ]

Детектор ATLAS разработан как универсальный. ATLAS не концентрируется на конкретном физическом процессе, а предназначен для измерения самого широкого диапазона сигналов. Это предназначено для гарантии того, что какую бы форму ни приняли какие-либо новые физические процессы или частицы, ATLAS сможет обнаруживать их и измерять их свойства. ATLAS предназначен для обнаружения этих частиц, а именно их массы, импульса , энергии , времени жизни, зарядов и ядерных спинов .

Эксперименты на более ранних коллайдерах, таких как Тэватрон и Большой электрон-позитронный коллайдер , также были предназначены для обнаружения общего назначения. Однако энергия пучка и чрезвычайно высокая частота столкновений требуют, чтобы ATLAS был значительно больше и сложнее, чем предыдущие эксперименты, что представляет собой уникальные проблемы Большого адронного коллайдера.

Многослойный дизайн [ править ]

Чтобы идентифицировать все частицы, образующиеся в точке взаимодействия, где сталкиваются пучки частиц, детектор спроектирован в виде слоев, состоящих из детекторов разных типов, каждый из которых предназначен для наблюдения за конкретными типами частиц. Различные следы, которые частицы оставляют в каждом слое детектора, позволяют эффективно идентифицировать частицы и точно измерять энергию и импульс. (Роль каждого слоя в детекторе обсуждается ниже .) По мере увеличения энергии частиц, производимых ускорителем, присоединенные к нему детекторы должны расти, чтобы эффективно измерять и останавливать частицы с более высокими энергиями. По состоянию на 2017 год детектор ATLAS является крупнейшим из когда-либо построенных на коллайдере частиц. [21]

Компоненты [ править ]

Сгенерированный компьютером вид детектора ATLAS в разрезе, показывающий его различные компоненты
(1) Мюонные детекторы
Магнитная система :
     (2) Тороидные магниты
     (3)
Внутренний детектор соленоидного магнита :
     (4) Устройство отслеживания переходного излучения
     (5) Полупроводниковое устройство отслеживания
     (6) )
Калориметры с пиксельным детектором :
     (7) Калориметр с жидким аргоном
     (8) Плиточный калориметр

Детектор ATLAS состоит из серии концентрических цилиндров все большего размера, расположенных вокруг точки взаимодействия, где сталкиваются пучки протонов от LHC. Его можно разделить на четыре основные части: внутренний детектор, калориметры, мюонный спектрометр и магнитные системы. [22] Каждый из них, в свою очередь, состоит из нескольких слоев. Детекторы дополняют друг друга: внутренний детектор точно отслеживает частицы, калориметры измеряют энергию легко останавливаемых частиц, а мюонная система выполняет дополнительные измерения высокопроникающих мюонов. Две магнитные системы изгибают заряженные частицы во внутреннем детекторе и мюонном спектрометре, что позволяет измерять их импульсы .

Единственные установленные стабильные частицы, которые не могут быть обнаружены напрямую, - это нейтрино ; их присутствие определяется путем измерения дисбаланса импульсов между обнаруженными частицами. Чтобы это работало, детектор должен быть « герметичным », то есть он должен регистрировать все не-нейтрино, произведенные без мертвых зон. Поддержание работоспособности детектора в областях с высоким уровнем излучения, непосредственно окружающих пучки протонов, является серьезной инженерной задачей.

Внутренний детектор [ править ]

ATLAS ТРТ (Переходное излучение трекер) центральный участок, наружна часть внутреннего детектора, собранная над землей и принимать данные от космических лучей [23] в сентябре 2005 года.

Внутренний детектор [24] начинается в нескольких сантиметрах от оси протонного пучка, простирается до радиуса 1,2 метра и имеет длину 6,2 метра вдоль лучевой трубы. Его основная функция - отслеживать заряженные частицы, обнаруживая их взаимодействие с материалом в дискретных точках, раскрывая подробную информацию о типах частиц и их импульсе. [25] магнитное поле , окружающее весь внутренний детектор вызывает заряженные частицы на кривой; направление кривой показывает заряд частицы, а степень кривизны показывает ее импульс. Начальные точки треков дают полезную информацию для идентификации частиц.; например, если кажется, что группа треков происходит из точки, отличной от первоначального протон-протонного столкновения, это может быть признаком того, что частицы возникли в результате распада адрона с нижним кварком (см. b-тегирование ). Внутренний детектор состоит из трех частей, которые описаны ниже.

Пиксельный детектор [26], самая внутренняя часть детектора, содержит три концентрических слоя и три диска на каждой торцевой крышке, всего 1744 модуля , каждый размером 2 на 6 сантиметров. Детектирующий материал - кремний толщиной 250 мкм . Каждый модуль содержит 16 считывающих чипов.и другие электронные компоненты. Наименьшая единица, которую можно прочитать, - это пиксель (50 на 400 микрометров); на каждый модуль приходится примерно 47 000 пикселей. Мельчайший размер пикселя разработан для чрезвычайно точного отслеживания в непосредственной близости от точки взаимодействия. В общей сложности Pixel Detector имеет более 80 миллионов каналов считывания, что составляет около 50% от общего числа каналов считывания всего детектора. Такое большое количество создало значительную конструкторскую и инженерную проблему. Другой проблемой было излучение, которому подвергается пиксельный детектор из-за его близости к точке взаимодействия, что требует, чтобы все компоненты были защищены от излучения , чтобы продолжить работу после значительного воздействия.

Полупроводниковый трекер (SCT) - средний компонент внутреннего детектора. Он аналогичен по концепции и функциям детектору пикселей, но с длинными узкими полосами, а не с маленькими пикселями, что делает возможным охват большей площади. Каждая полоска имеет размер 80 микрометров на 12 сантиметров. SCT является наиболее важной частью внутреннего детектора для базового отслеживания в плоскости, перпендикулярной лучу, поскольку он измеряет частицы на гораздо большей площади, чем пиксельный детектор, с большим количеством точек выборки и примерно одинаковой (хотя и одномерной) точностью. . Он состоит из четырех двойных слоев кремниевых полосок, имеет 6,3 миллиона каналов считывания и общую площадь 61 квадратный метр.

Переходное излучение Tracker (ТРТ), внешний компонент внутреннего детектора, представляет собой комбинацию из соломы слежения и детектора переходного излучения . Детектирующими элементами являются дрейфовые трубки (соломинки), каждая диаметром четыре миллиметра и длиной до 144 сантиметров. Погрешность измерения положения трека (разрешение положения) составляет около 200 микрометров. Это не так точно, как для двух других детекторов, но необходимо было снизить стоимость покрытия большего объема и иметь возможность обнаружения переходного излучения. Каждая соломинка заполнена газом, который становится ионизированным.когда заряженная частица проходит. В соломинках поддерживается напряжение около -1,500 В, что направляет отрицательные ионы к тонкой проволоке по центру каждой строу, создавая в ней импульс (сигнал) тока. Провода с сигналами создают картину «ударов» соломинок, которая позволяет определить путь частицы. Между строу материалы с сильно различающимися показателями преломления заставляют ультрарелятивистские заряженные частицы производить переходное излучение и оставлять намного более сильные сигналы в некоторых строу. Ксенон и аргон используются для увеличения количества соломинок с сильными сигналами. Так как количество переходного излучения является наибольшим для сильно релятивистских частиц (те , со скоростью в непосредственной близости отскорость света ), и поскольку частицы определенной энергии имеют более высокую скорость, чем они легче, траектории частиц со многими очень сильными сигналами могут быть идентифицированы как принадлежащие самым легким заряженным частицам: электронам и их античастицам, позитронам . Всего у TRT около 298 000 соломинок.

Калориметры [ править ]

Сентябрь 2005 г .: Основная цилиндрическая секция адронного калориметра ATLAS ожидает перемещения внутри тороидных магнитов.
Одна из секций расширений адронного калориметра , ожидающая включения в конце февраля 2006 года.
Удлиненная цилиндрическая секция адронного калориметра.

В калориметрах расположены за пределами соленоидного магнита , который окружает внутренний детектор. Их цель - измерять энергию частиц, поглощая ее. Существуют две основные калориметрические системы: внутренний электромагнитный калориметр и внешний адронный калориметр. [27] Оба являются калориметрами отбора проб ; то есть они поглощают энергию в металле с высокой плотностью и периодически измеряют форму получающегося в результате ливня частиц , делая вывод об энергии исходной частицы из этого измерения.

Электромагнитный (ЭМ) калориметр поглощает энергию от частиц, которые электромагнитно взаимодействуют , в том числе заряженных частиц и фотонов. Он имеет высокую точность как в отношении количества поглощенной энергии, так и в точном расположении выделяемой энергии. Угол между траекторией частицы и осью луча детектора (или, точнее, псевдобыстротой ) и его угол в перпендикулярной плоскости измеряются с точностью примерно 0,025  радиана . Цилиндрический ЭМ-калориметр имеет электроды в форме гармошки, энергопоглощающие материалы - свинец и нержавеющая сталь с жидким аргоном в качестве материала для отбора проб и криостат. вокруг ЭМ-калориметра, чтобы он оставался достаточно прохладным.

Адронный калориметр поглощает энергию от частиц , которые проходят через ЭМ калориметр, но взаимодействует с помощью мощной силы ; эти частицы в основном адроны. Он менее точен как по величине энергии, так и по локализации (всего в пределах 0,1 радиана). [16] Энергопоглощающий материал - сталь со сцинтилляционными плитками, которые измеряют выделенную энергию. Многие функции калориметра выбраны из-за их рентабельности; Прибор имеет большие размеры и состоит из огромного количества строительного материала: основная часть калориметра - кафельный калориметр - имеет диаметр 8 метров и охватывает 12 метров по оси луча. Дальние секции адронного калориметра содержатся внутри криостата переднего ЭМ калориметра и также используют жидкий аргон, в то время как медь и вольфрам используются в качестве поглотителей.

Мюонный спектрометр [ править ]

Мюонная Спектрометр является чрезвычайно большой системой отслеживания, состоящим из трех частей: (1) магнитное поле обеспечивается три тороидальных магнитами, (2) набор из 1200 камер измерения с высокой пространственной точностью следов исходящих мюонов, (3) набор пусковых камер с точным временным разрешением. Протяженность этого субдетектора начинается в радиусе 4,25 м от калориметров до полного радиуса детектора (11 м). [22] Его огромный размер необходим для точного измерения импульса мюонов, которые сначала проходят через все другие элементы детектора, прежде чем попадут в мюонный спектрометр. Он был разработан для автономного измерения импульса мюонов 100 ГэВ с точностью 3% и мюонов 1 ТэВ с точностью 10%. Было жизненно важно сделать все возможное, чтобы собрать такое большое оборудование, потому что ряд интересных физических процессов можно наблюдать только при обнаружении одного или нескольких мюонов, а также потому, что полная энергия частиц в событии не может быть измерена. если бы мюоны не учитывались. Он работает так же, как внутренний детектор, с мюонами изогнутыми, так что их импульс может быть измерен, хотя и с другим магнитным полем.конфигурация, меньшая пространственная точность и гораздо больший объем. Он также выполняет функцию простой идентификации мюонов - ожидается, что очень немногие частицы других типов пройдут через калориметры и впоследствии оставят сигналы в мюонном спектрометре. Он имеет около миллиона каналов считывания, а его слои детекторов имеют общую площадь 12 000 квадратных метров.

Магнитная система [ править ]

Концы четырех из восьми тороидных магнитов ATLAS, смотрящие вниз с высоты 90 метров, в сентябре 2005 г.
Восемь тороидальных магнитов детектора ATLAS

Детектор ATLAS использует две большие сверхпроводящие магнитные системы для изгиба заряженных частиц, чтобы можно было измерить их импульс. Этот изгиб происходит из-за силы Лоренца , которая пропорциональна скорости. Поскольку все частицы, рожденные в столкновениях протонов LHC, движутся со скоростью, очень близкой к скорости света, сила, действующая на частицы с разными импульсами, одинакова. (В теории относительности импульс не линейно пропорционален скорости при таких скоростях.) Таким образом, частицы с большим импульсом сильно изгибаются, в то время как частицы с низким импульсом сильно изгибаются; величина кривизны может быть определена количественно и импульс частицы может быть определен на основе этого значения.

Внутренний соленоид создает магнитное поле в два тесла, окружающее внутренний детектор. [28] Это сильное магнитное поле позволяет даже очень энергичным частицам изгибаться достаточно, чтобы можно было определить их импульс, а его почти однородное направление и сила позволяют проводить измерения с очень высокой точностью. Частицы с импульсами ниже примерно 400 МэВ будут изгибаться настолько сильно, что они будут многократно петлять в поле и, скорее всего, не будут измерены; однако эта энергия очень мала по сравнению с несколькими ТэВ энергии, выделяемой при каждом столкновении протонов.

Внешнее тороидальное магнитное поле создается восемью очень большими сверхпроводящими цилиндрическими контурами с воздушным сердечником и двумя тороидальными воздушными магнитами с торцевыми крышками, которые расположены вне калориметров и внутри мюонной системы. [28] Это магнитное поле простирается на площади 26 метров в длину и 20 метров в диаметре и хранит 1,6  гигаджоулей энергии. Его магнитное поле неоднородно, потому что создание соленоидного магнита достаточного размера было бы чрезмерно дорогим. Он варьируется от 2 до 8 тесламетров.

Производительность детектора [ править ]

Установка всех вышеупомянутых детекторов была завершена в августе 2008 года. Детекторы собрали миллионы космических лучей во время ремонта магнитов, который проводился с осени 2008 года по осень 2009 года, до первых столкновений протонов. Детектор работал с КПД, близким к 100%, и имел рабочие характеристики, очень близкие к расчетным. [29]

Передние детекторы [ править ]

Детектор ATLAS дополняется набором из четырех субдетекторов в передней области для измерения частиц под очень маленькими углами. LUCID (LUminosity Cherenkov Integrating Detector) - первый из этих детекторов, предназначенный для измерения светимости и расположенный в пещере ATLAS на расстоянии 17 м от точки взаимодействия между двумя концевыми крышками мюонов. Следующим на очереди стоит ZDC (калориметр нулевого градуса), предназначенный для измерения нейтральных частиц по оси луча и расположенный на расстоянии 140 м от IP в туннеле LHC, где два луча разделяются обратно на отдельные лучевые трубы. AFP (Atlas Forward Proton) предназначен для маркировки дифракционных событий и расположен на 204 м и 217 м, и, наконец, ALFA (Absolute Luminosity For ATLAS) предназначен для измерения упругого рассеяния протонов, расположенного на 240 м непосредственно перед изгибающими магнитами дуги LHC. [30]

Системы данных [ править ]

Требования [ править ]

Ранние системы считывания показаний детекторов частиц и обнаружения событий основывались на параллельных общих шинах, таких как VMEbus или FASTBUS . Поскольку такая шинная архитектура не может удовлетворить требования к данным детекторов LHC, все предложения по системе сбора данных основываются на высокоскоростных двухточечных каналах и коммутационных сетях.

Генерация данных [ править ]

Детектор генерирует слишком много необработанных данных, чтобы считывать или сохранять все: около 25 мегабайт на событие (сырые; нулевое подавление снижает это до 1,6 МБ), умноженных на 40 миллионов пересечений луча в секунду в центре детектора. Это дает в общей сложности 1 петабайт необработанных данных в секунду. [31]

Система запуска [ править ]

Запуск система [32] использует быструю реконструкцию событий , чтобы определить, в режиме реального времени, наиболее интересные события , чтобы сохранить для детального анализа. Во втором периоде сбора данных LHC, Run-2, было два различных триггерных уровня: [33]

  • Триггер уровня 1, реализованный на заказном оборудовании на объекте детектора. Он использует информацию с уменьшенной детализацией от калориметров и мюонного спектрометра и снижает частоту событий при считывании до 100 кГц.
  • Триггер высокого уровня (HLT), реализованный в программном обеспечении, использует ограниченные области детектора, так называемые области интереса (RoI), которые должны быть реконструированы с полной детализацией детектора, включая отслеживание, и позволяет сопоставить отложения энергии с треками. После этого шага частота событий снижается до 1 кГц.

Остальные данные, соответствующие примерно 1000 событиям в секунду, сохраняются для дальнейшего анализа. [34]

Анализ [ править ]

Автономная реконструкция событий выполняется для всех постоянно сохраненных событий, превращая структуру сигналов от детектора в физические объекты, такие как струи , фотоны и лептоны . Грид - вычисления в настоящее время широко используется для реконструкции событий, что позволяет параллельное использование университетских и лабораторных компьютерных сетей по всему миру для процессора -intensive задачи сокращения большого количества исходных данных в форму , пригодную для анализа физики. Программное обеспечение для этих задач разрабатывается в течение многих лет, и его усовершенствования продолжаются даже после начала сбора данных.

Отдельные лица и группы в рамках сотрудничества пишут свой собственный код для выполнения дальнейшего анализа этих объектов, поиска паттернов обнаруженных частиц для конкретных физических моделей или гипотетических частиц.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Aad, G .; (Сотрудничество ATLAS); и другие. (2008). "Эксперимент ATLAS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН" (PDF) . Журнал приборостроения . 3 (8): S08003. Bibcode : 2008JInst ... 3S8003A . DOI : 10.1088 / 1748-0221 / 3/08 / S08003 . ЛВП : 2027,42 / 64167 .
  2. ^ "Эксперимент АТЛАС" . ЦЕРН . Проверено 24 октября 2019 года .
  3. ^ a b «Эксперименты в ЦЕРНе наблюдают частицу, соответствующую долгожданному бозону Хиггса» . ЦЕРН . 4 июля 2012 . Проверено 23 ноября 2016 .
  4. ^ "ЦЕРН и бозон Хиггса" . ЦЕРН. Архивировано из оригинального 23 ноября 2016 года . Проверено 23 ноября 2016 года .
  5. ^ "Сотрудничество ATLAS" . АТЛАС . Проверено 24 октября 2019 года .
  6. ^ "Старший научный сотрудник HiggsTools избран новым представителем ATLAS | HiggsTools" .
  7. ^ «Записи сотрудничества ATLAS» . Архив ЦЕРН . Проверено 25 февраля 2007 .
  8. ^ "Первый луч и первые события в ATLAS" . Atlas.ch. 2008-09-10 . Проверено 16 августа 2016 .
  9. ^ «Восемь вещей, которые нужно знать, поскольку большой адронный коллайдер бьет рекорды энергии» .
  10. ^ "ATLAS завершает первый год работы на 13 ТэВ". Архивировано 17 января 2016 года в Wayback Machine .
  11. ^ "ATLAS начинает запись физических данных при 13 ТэВ". Архивировано 5 марта 2016 г. на Wayback Machine .
  12. ^ "LuminosityPublicResultsRun2 <AtlasPublic <TWiki" . twiki.cern.ch . Проверено 10 марта 2020 .
  13. ^ АТЛАС . Продвинутая серия по направлениям физики высоких энергий. 30 . МИРОВАЯ НАУЧНАЯ. 2018-05-05. DOI : 10.1142 / 11030 . ISBN 978-981-327-179-1.
  14. ^ a b «Эксперименты ATLAS и CMS пролили свет на свойства Хиггса» . Проверено 23 ноября 2016 .
  15. ^ a b «Введение и обзор» . Техническое предложение ATLAS . ЦЕРН. 1994 г.
  16. ^ a b Н. В. Красников; В.А. Матвеев (сентябрь 1997 г.). «Физика на LHC». Физика частиц и ядер . 28 (5): 441–470. arXiv : hep-ph / 9703204 . Bibcode : 1997PPN .... 28..441K . DOI : 10.1134 / 1.953049 . S2CID 118907038 . 
  17. ^ "Физика топ-кварка" . Техническое предложение ATLAS . ЦЕРН. 1994 г.
  18. ^ Харрис, CM; Палмер, MJ; Паркер, Массачусетс; Richardson, P .; Sabetfakhri, A .; Уэббер, Б. Р. (2005). «Исследование черных дыр высших измерений на Большом адронном коллайдере». Журнал физики высоких энергий . 2005 (5): 053. arXiv : hep-ph / 0411022 . Bibcode : 2005JHEP ... 05..053H . DOI : 10.1088 / 1126-6708 / 2005/05/053 . S2CID 15199183 . 
  19. ^ Танака, Дж .; Yamamura, T .; Asai, S .; Канзаки, Дж. (2005). «Исследование черных дыр детектором ATLAS на LHC». Европейский физический журнал C . 41 (s2): 19–33. arXiv : hep-ph / 0411095 . Bibcode : 2005EPJC ... 41 ... 19T . DOI : 10.1140 / epjcd / s2005-02-008-х . S2CID 119444406 . 
  20. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2014-04-07 . Проверено 1 апреля 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  21. ^ "Самый большой в мире сверхпроводящий магнит включается" (пресс-релиз). ЦЕРН. 2006-11-20 . Проверено 23 ноября 2016 .
  22. ^ a b «Общая концепция детектора» . Техническое предложение ATLAS . ЦЕРН. 1994 г.
  23. Перейти ↑ F. Pastore (2010). «Готовность детектора ATLAS: работа с первым лучом и космическими данными» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Раздел A . 617 (1/3): 48–51. Bibcode : 2010NIMPA.617 ... 48P . DOI : 10.1016 / j.nima.2009.08.068 .
  24. ^ Regina Кроты-Вальс (2010). «Юстировка системы слежения внутреннего извещателя ATLAS». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Раздел A . 617 (1–3): 568–570. arXiv : 0910.5156 . Bibcode : 2010NIMPA.617..568M . DOI : 10.1016 / j.nima.2009.09.101 .
  25. ^ "Внутренний детектор" . Техническое предложение ATLAS . ЦЕРН. 1994 г.
  26. ^ Обниматься, F. (2006). «Детектор пикселей ATLAS». IEEE Transactions по ядерной науке . 53 (6): 1732–1736. arXiv : физика / 0412138 . Bibcode : 2006ITNS ... 53.1732H . DOI : 10.1109 / TNS.2006.871506 . S2CID 47545925 . 
  27. ^ «Калориметрия» . Техническое предложение ATLAS . ЦЕРН. 1994 г.
  28. ^ a b «Магнитная система» . Техническое предложение ATLAS . ЦЕРН. 1994 г.
  29. ^ Aad, G .; (Сотрудничество ATLAS); и другие. (2010). «Производительность детектора ATLAS с использованием данных о первом столкновении». JHEP . 1009 (9): 056. arXiv : 1005.5254 . Bibcode : 2010JHEP ... 09..056A . DOI : 10.1007 / JHEP09 (2010) 056 . S2CID 118543167 . 
  30. ^ http://atlas-project-lumi-fphys.web.cern.ch/
  31. ^ "Описание детектора" . Архивировано из исходного 2011-06-14 . Проверено 19 ноября 2010 .
  32. ^ DA Scannicchio (2010). «Триггер ATLAS и сбор данных: возможности и ввод в эксплуатацию». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Раздел A . 617 (1/3): 306–309. Bibcode : 2010NIMPA.617..306S . DOI : 10.1016 / j.nima.2009.06.114 .
  33. ^ Сотрудничество ATLAS (2016). «Статус и результаты ATLAS Run-2» . Труды по ядерной физике и физике элементарных частиц . 270 : 3–7. DOI : 10.1016 / j.nuclphysbps.2016.02.002 .
  34. ^ «Триггер и система сбора данных» . Сотрудничество ATLAS Research News . Октябрь 2019.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН: Эксперимент Атлас. Проверено 10 апреля 2007 г.
  • Технический отчет о технических характеристиках детектора ATLAS и физических характеристик. ЦЕРН : Эксперимент Атлас. Проверено 10 апреля 2007 г.
  • Н.В. Красников; В.А. Матвеев (сентябрь 1997 г.). «Физика на LHC». Физика частиц и ядер . 28 (5): 441–470. arXiv : hep-ph / 9703204 . Bibcode : 1997PPN .... 28..441K . DOI : 10.1134 / 1.953049 . S2CID  118907038 .
  • Эксперимент Атласа Моника Линн Данфорд и Питер Дженни, Scholarpedia 9 (10): 32147. DOI: 10.4249 / scholarpedia.32147

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальная общедоступная веб-страница ATLAS в ЦЕРНе («Отмеченный наградами фильм ATLAS» - очень хорошее общее введение!)
  • Официальная веб-страница сотрудничества ATLAS в ЦЕРНе (много технической и логистической информации)
  • Веб-камеры пещеры ATLAS
  • Замедленное видео сборки
  • Раздел ATLAS с веб-сайта США / LHC
  • Статья в New York Times о LHC и экспериментах
  • Статья Министерства энергетики США об ATLAS
  • Директор проекта большого адронного коллайдера д-р Лин Эванс CBE о разработке эксперимента ATLAS, журнал Ingenia , июнь 2008 г.
  • Сотрудничество ATLAS, G Aad; и другие. (2008-08-14). «Эксперимент ATLAS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН». Журнал приборостроения . 3 (S08003): S08003. Bibcode : 2008JInst ... 3S8003T . DOI : 10.1088 / 1748-0221 / 3/08 / S08003 . ЛВП : 2027,42 / 64167 . (Полная конструкторская документация)
  • Модель LEGO ATLAS , созданная специалистом ATLAS из Института Нильса Бора.
  • Падилья, Антонио (Тони). «Атлас на Большом адронном коллайдере» . Шестьдесят символов . Brady Харан для Ноттингемского университета .