ATLAS
ATLAS (від англ. A Toroidal LHC ApparatuS) — один з семи детекторів частинок (ALICE, ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf і MoEDAL), збудований для однойменного експерименту на Великому Адронному Колайдері(LHC) — прискорювачі частинок у Європейській організації ядерних досліджень CERN, Швейцарія. Експеримент призначений для того, щоб скористатися енергією, яка доступна на LHC, і спостерігати явища, пов'язані з надважкими частинками, які не можна було досліджувати на раніше збудованих прискорювачах з нижчою енергією. Це може пролити світло на нові теорії фізики елементарних частинок за межами Стандартної моделі.
ATLAS має довжину 46 метрів, діаметр — 25 метрів і вагу близько 7000 тонн[1]. Експеримент є результатом співробітництва за участю близько 3000 фізиків з більш ніж 175 установ у 38 країнах світу.[2] Проект очолювали протягом перших 15 років Пітер Дженні, між 2009 і 2013 — Фабіола Жданотті, а з 2013 року його очолює Девід Чарльтон. ATLAS — це один з двох експериментів на LHC, пов'язаних з відкриттям[3] частинки, схожої на бозон Хіггса в липні 2012 року.
Група фізиків, які побудували і тепер керують детектором, була утворена в 1992 році, коли EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements) й ASCOT (Apparatus with Super Conducting Toroids) запропонували об'єднати свої зусилля для створення єдиного універсального детектора частинок для Великого адронного колайдера[4]. Конструкція ATLAS — це суміш моделей двох попередніх детекторів. У ній вдало поєднуються дослідження на детекторі та розробка Надпровідного суперколайдера. Експеримент ATLAS був запропонований у його нинішньому вигляді в 1994 році й офіційно відкритий країнами-членами CERN у 1995 році. Інші країни, університети та лабораторії приєдналися до проекту в наступні роки та продовжують приєднуватися навіть сьогодні. Будівельні роботи окремих компонентів детектора почалися в різних установах з подальшою відправкою в CERN. Збір цих деталей розпочався у 2003 році на підземному майданчику експерименту ATLAS.
Будівництво було завершене в 2008 році, й експеримент зафіксував перші зіткнення пучків 10 вересня того ж року.[5] Забір даних тоді був перерваний більш ніж на рік через різке підвищення опору обмотки магніту LHC. 23 листопада 2009 відбулися перші зіткнення протону з протоном при відносно низькій енергії у 450 ГеВ на пучок. Ці зіткнення були успішно зареєстровані в ATLAS, який реєструє всі дані з того часу. Весь цей час енергія колайдера зростає: 900 ГеВ на пучок в кінці 2009 року, 3500 ГеВ на пучок у 2010 і 2011 роках, і, нарешті, 4000 ГеВ на пучок в 2012 році. Після довгого простою в 2013 і 2014 роках потужність прискорювача збільшиться до 14000 ГеВ.
ATLAS призначений для дослідження різних типів фізики, що могли б бути виявлені під час енергетичних зіткнень у колайдері. Деякі з цих досліджень полягають у підтвердженні чи покращенні параметрів Стандартної моделі, а інші — у пошуках нової фізики.
Одна з найважливіших цілей ATLASa полягає в тому, щоб знайти та дослідити частинку, якої бракує в Стандартній моделі — бозон Хіггса. Механізм Хіггса, що містить бозон Хіггса, надає масу елементарним частинкам, залишаючи фотон без маси. Якщо б бозон Хіггса не зареєстрували, то очікувалося б, що будуть знайдені інші механізми (наприклад, техноколір), які пояснюють ті самі явища.
Бозон Хіггса був зафіксований при розпізнанні частинок, на які він розпадається; найпростішими для спостереження кінцевими станами розпаду є два фотони, або чотири лептони. Деколи, ці розпади можуть бути надійно ідентифіковані, як результат утворення бозона Хіггса, наприклад, коли вони зв'язані з додатковими частинками в реакції створення.
Властивості t-кварка, зафіксованого в лабораторії ім. Фермі в 1995 році, були виміряні лише приблизно. З набагато більшою енергією і великими частотами зіткнень LHC утворює дуже велику кулькість t-кварків, що дозволяє здійснити більш точні вимірювання його маси і взаємодії з іншими частинками[6]. Ці вимірювання надають непряму інформацію про деталі Стандартної моделі, котрі, можливо, виявлять якісь неузгодженості, що буде вказувати на новознайдену фізику. Схожі точні вимірювання будуть зроблені і для інших відомих частинок. Наприклад: вважається, що ATLAS може в кінцевому результаті виміряти масу W-бозона вдвічі точніше, ніж це було зроблено раніше.
Можливо, найбільш захоплюючі напрями досліджень — ті, які шукають нові моделі фізики. Одна з популярних на сьогодні теорій — суперсиметрія. Ця теорія могла б вирішити багато проблем теоретичної фізики, вона присутня майже у всіх моделях теорії струн. Різні варіанти теорії суперсиметрії припускають існування нових масивних частинок, які в багатьох випадках розпадаються на кварки та інші важкі стабільні частинки. Імовірність взаємодії останніх зі звичайною речовиною дуже мала. Такі частинки не були б безпосередньо зафіксовані в детекторі, але вони залишили б слід у вигляді значної величини «зниклого» імпульсу за присутності одного або більшої кількості кваркових потоків. Схожий слід могли б залишити й інші гіпотетичні масивні частинки, як наприклад у теорії Калуци-Клейна, проте їхнє відкриття теж вкаже на деякий вид фізики за межами Стандартної моделі.
У разі справедливості моделі великих додаткових вимірів на LHC могли б утворитися мікроскопічні чорні діри[7]. Вони б негайно розпались в результаті випромінювання Гокінга, продукуючи приблизно в рівних кількостях усі частинки Стандартної моделі (включаючи бозони Хіггса і t-кварки), що забезпечило б однозначну ідентифікацію такої події в детекторі ATLAS[8].
Детектор ATLAS складається з декількох великих концентричних циліндрів навколо точки взаємодії, у якій стикаються протонні пучки від LHC. Його можна поділити на чотири основні частини: внутрішній детектор, калориметри, мюонний спектрометр і магнітні системи[9]. Кожна з них, у свою чергу, зроблена з багатьох шарів. Детектори доповнюють один одного: внутрішній детектор точно відслідковує частинки, калориметри вимірюють енергію частинок, які легко зупинити, мюонова система здійснює додаткові виміри мюонів з високою проникністю. Дві системи магнітів відхиляють заряджені частинки у внутрішньому детекторі й у мюонному спектрометрі, що дозволяє виміряти їх імпульси.
Єдині утворені стабільні частинки, які не можуть бути виявлені безпосередньо, — нейтрино; їхнє існування виведено з поміченої нестійкості імпульсу серед знайдених частинок. Для роботи детектор повинен бути герметичним. Він повинен виявляти всі утворені частинки (крім нейтрино) без мертвих точок. Підтримання роботи детектора в областях з високою радіацією від предметів навколо протонних пучків є серйозною технічною проблемою.
- ↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 7 квітень 2014. Процитовано 30 травень 2014.
{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання) - ↑ What is ATLAS?. ATLAS. Архів оригіналу за 12 жовтень 2013. Процитовано 30 травень 2014.
- ↑ CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson. CERN. 4 липня 2012. Архів оригіналу за 5 липня 2012. Процитовано 30 травня 2014.
- ↑ ATLAS Collaboration records. CERN Archive. Архів оригіналу за 1 січня 2007. Процитовано 30 травня 2014.
- ↑ First beam and first events in ATLAS. Atlas.ch. Архів оригіналу за 6 липень 2011. Процитовано 30 травень 2014.
- ↑ Top-Quark Physics. ATLAS Technical Proposal. CERN. 1994. Архів оригіналу за 2 березня 2004. Процитовано 30 травня 2014.
- ↑ C.M. Harris, M.J. Palmer, M.A. Parker, P. Richardson, A. Sabetfakhri and B.R. Webber (2005). Exploring higher dimensional black holes at the Large Hadron Collider. Journal of High Energy Physics. 5: 053.[недоступне посилання]
- ↑ J. Tanaka, T. Yamamura, S. Asai, J. Kanzaki (2005). Study of Black Holes with the ATLAS detector at the LHC. The European Physical Journal C. 41 (s2): 19—33.[недоступне посилання]
- ↑ Overall detector concept. ATLAS Technical Proposal. CERN. 1994. Архів оригіналу за 7 січня 2021. Процитовано 30 травня 2014.