Selfie z detektora ATLAS • Igor Ivanov • Obraz naukowy dnia na temat "Elementów" • LHC, Fizyka

Wykrywacz Selfie ATLAS

Czy aparat może wykonać własne selfie i wszystkie trójwymiarowe wnętrzności? Nie Czy mikroskop, w ramach "autotestu", może zbadać własną strukturę? Prawdopodobnie też nie. Ale nowoczesny detektor cząstek elementarnych jest w stanie to zrobić! Rysunek pokazuje strukturę wewnętrznej części detektora ATLAS, największego detektora Wielkiego Zderzacza Hadronów, ze strukturą uzyskaną z danych tego samego detektora. To prawdziwe selfie detektora ATLAS: rejestrując cząstki elementarne "widzi" siebie!

Taka zdolność do "kontemplacji własnej" powstaje, ponieważ cząstki elementarne, zderzając się z atomami materii, mogą generować nowe cząstki – i detektor już je łapie. Jak pokazano na poniższym rysunku, początkowe cząstki powstają w centrum detektora, w punkcie, w którym zderzają się protony. Cząstki te rozpraszają się we wszystkich kierunkach i przechodzą przez warstwy detektora, pozostawiając na nich znak. Detektor z dobrą dokładnością odtwarza trajektorie, ekstrapoluje je i widzi, że w pewnym momencie zbiegają się. Nazywa się "głównym szczytem" kolizji.

Pojawienie się wtórnego wierzchołka w zderzeniu cząstki elementarnej z materiałem wykrywacza

Ale czasami zdarza się, że przebijając warstwy detektora, wysokoenergetyczna cząsteczka zderza się czołowo z jakimś jądrem substancji wykrywacza i generuje kilka nowych cząstek. Ich trajektorie są również przywracane przez wykrywacz, ale tylko on "widzi", że wylatują z innego punktu – z "drugorzędnego wierzchołka". Im grubsza warstwa materii, tym częściej zdarza się taka kolizja i tym częściej detektor rejestruje tam wtórne szczyty. Górna figura pokazuje rozkład w przestrzeni tych drugorzędnych wierzchołków zrekonstruowanych przez detektor ATLAS. Każdy maleńki punkt jest odrębnym zarejestrowanym drugorzędnym wierzchołkiem, a gdy ich gęstość staje się duża, jest kodowana kolorem: im jest "gorętsza", tym większa jest gęstość punktów.

Górna figura pokazuje widok wzdłuż osi detektora. I tutaj ten sam rozkład jest pokazany na boku (lub raczej we współrzędnych r i z przy sumowaniu wszystkich kątów azymutu):

Struktura wewnętrznej części detektora ATLAS we współrzędnych r (odległość od osi) i z (wzdłuż osi). Zdjęcie z witryny atlas.web.cern.ch

Cóż, najbardziej psychedeliczna wersja dla selfie jest pokazana tutaj:

Struktura wewnętrznej części detektora ATLAS we współrzędnych r (odległość od osi) i ϕ (kąt) Zdjęcie z witryny atlas.web.cern.ch

To jest "autoportret" w okolicy |z| <40 cm w formie przeciągnięcia po kącie azymutu i promieniowym usunięciu. Szerokie pasmo na dole jest rurką próżniową, a poszczególne okresowe części są płytkami "płytek" warstw detektora pikselowego. Dla porównania poniżej przedstawiono rzeczywiste zdjęcie zewnętrznej warstwy detektora pikseli ATLAS podczas procesu montażu.

Wszystkie te "selfie" zostały odebrane przez detektor ATLAS w 2010 roku, kiedy zderzacz dopiero nabierał rozpędu. Oparte są na statystykach milion razy mniejszych niż zebrane podczas całej sesji Run 1 w latach 2010-2012. Te obrazy techniczne są potrzebne, aby sprawdzić sprawność samego detektora i wiarygodnie oszacować tło wynikające z takiego "podświetlenia" pików wtórnych. O dziwo, ale pełna publikacja wraz ze szczegółowym opisem tych zdjęć pojawiła się w archiwum e-print zaledwie kilka dni temu (tracker wykorzystujący wtórne oddziaływania hadronowe w zderzeniach 7 TeV pp). Wszystkie obrazy i tabele z tego artykułu są również gromadzone na oddzielnej stronie na stronie internetowej ATLAS.

Zewnętrzna warstwa detektora pikseli ATLAS podczas instalacji. Zdjęcie z atlasexperiment.org

Tak przy okazji, nie jest to jedyny przykład samodiagnozy detektorów Wielkiego Zderzacza Hadronów. Pisaliśmy już o podobnym selfie detektora ALICE, ale tam wtórne szczyty zostały przywrócone nie przez hadrony, ale przez wierzchołki wewnętrznej konwersji twardych fotonów na pary elektron-pozyton. Ale zdjęcia i tam okazały się piękne.

Na koniec musimy dodać, że wierzchołki wtórne mogą oczywiście powstać nie tylko z powodu efektów instrumentalnych, ale także spontanicznie. Niestabilna cząstka, na przykład mezon B, rodzi się przy pierwotnym wierzchołku, leci kilka milimetrów dalej, a już tam rozpada się na cząsteczki potomne. Dla takich drugorzędnych szczytów detektory szukają prawdziwych polowań. W rzeczywistości cała fizyka B jest polowaniem na "właściwe" drugorzędne szczyty.

Obraz z atlas.web.cern.ch.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: