Магниты работают при очень низких температурах (1,9 К) и давлениях (10-10 торр). Для работы при таких давлениях и температурах необходимо использовать жидкий гелий и обеспечивать высокий вакуум. Для начального охлаждения магнитов применяется до 1,2 х 107 л жидкого азота, а для последующего их функционирования — до 7 х 105 л жидкого гелия. Необходимо обеспечить надёжный контроль за 40000 соединений, чтобы предотвратить утечку через них. Помимо основных магнитов имеются более 500 квадрупольных сверхпроводящих магнитов и более 4000 корректирующих сверхпроводящих магнитов.
Создание LHC является выдающимся технологическим достижением, не имеющим аналогов. Ускоритель находится на переднем фронте и по характеристикам, необходимым для проведения экспериментальных исследований. В проекте заложена помимо высоких энергий очень высокая светимость — до 1034 см-2 с-1 (при работе на начальном этапе со светимостью в пять раз меньшей).
Для того чтобы понять важность этой характеристики ускорителя, рассмотрим простой пример. Обычно на практике коллайдер работает примерно 107 с в течение года, т.е. интегральная светимость за год составит около 1041 см-2, или 100 фб-1. Полное сечение взаимодействия сталкивающихся протонов при этих энергиях оценивается как близкое к 80 мб = 8 х 10-26 см2. Таким образом, в принципе может происходить до 8 х 1015 событий в год (из них 3/4 неупругих). В большинстве из этих событий будет рождаться несколько тысяч частиц. Ясно, что никакие электронные и компьютерные системы не в состоянии справиться с таким потоком информации, прочитать и сохранить его. Однако столь высокая светимость необходима для изучения крайне редких событий с малым поперечным сечением. Именно они принципиально важны при поисках новой физики. При хороших триггерах (т.е. при надёжном отборе событий с заранее известными признаками) можно будет получать информацию о примерно ста событиях в год в процессе с очень низким сечением 1 фб. Поэтому детекторы должны обладать очень хорошей триггерной системой, которая могла бы отобрать среди рождающихся с высокой плотностью новых частиц только те, которые представляют интерес в данный момент, и
|
Рис. 1. Общая схема ускорителя LHC. Направления движения пучков показаны стрелками. Звёздочками изображены четыре точки их столкновения, в которых располагаются четыре основных детектора. |
отбросила бы все остальные. Итак, высокая светимость ускорителя необходима для изучения процессов с малыми поперечными сечениями. Для исследований процессов с большими сечениями достаточно работать в режиме с более низкой светимостью. Этого можно достичь разными способами (например, дефокусировкой пучков, как при работе с детектором LHCb (Large Hadron Collider Beauty Experiment)).
Схема ускорителя LHC приведена на рис. 1. Ясно видна структура с двумя направлениями (указанными стрелками) движения пучков навстречу друг другу. Имеется четыре точки, в которых эти пучки пересекаются и происходят встречные столкновения протонов. Там помещаются четыре основных детектора.
3. Детекторы и коллаборации
Четыре основных детектора ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), CMS (Compact Muon Solenoid), ALICE (A Large Ion Collider Experiment) и LHCb должны регистрировать продукты, рождающиеся в четырёх точках взаимодействия пучков. Соответственно созданы четыре одноимённые международные коллаборации физиков, работающих с этими детекторами. Число участников в крупнейшей из них, ATLAS, уже перевалило за 2000. Эти детекторы и коллаборации являются одновременно соперниками и союзниками в поисках новых физических явлений. Время рассудит, какой выбор был лучшим.
Самые большие детекторы, ATLAS и CMS (рис. 2 и 3), предназначены для изучения событий соударения как протонов с протонами, так и ионов с ионами. Детектор ALICE нацелен в основном на исследование ион-ионных соударений, хотя на нём будут получены некоторые данные и для протон-протонных процессов. LHCb предназначен для регистрации событий с рождением b- кварков и потому обладает специфической структурой. Помимо четырёх основных детекторов имеются также субдетекторы меньших размеров: LHCf (LHC forward), Totem, ZDC (Zero Degree Calorimeter), FMS (Forward muon spectrometer), Castor и FP420 (причём FP420
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
