Физика на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC), страница 3

/

(аббревиатура FP — от англ. forward proton) ещё ожидает одобрения проекта). Субдетекторы предназначены для работы в комбинациях с некоторыми из основных детекторов и нацелены на регистрацию частиц, испущен­ных под малыми углами. Поэтому они располагаются на больших расстояниях, вплоть до нескольких сотен мет­ров (420 м для FP420), от главных детекторов.

Размеры основных детекторов поистине впечатляю­щие. Высота ATLAS равна 25 м (что примерно равно высоте 8-этажного дома), его длина 46 м и вес 7000 т.

Такие размеры нужны, чтобы вместить все трекеры и калориметры, перекрыв ими как можно большую об­ласть углов, в которой будут регистрироваться рождён­ные частицы. При равномерном покрытии азимуталь­ных углов предпринимается попытка детектировать частицы, рождающиеся с полярными углами в в несколь­ко долей градуса по отношению к направлению пучков. В терминах псевдобыстроты щ = — log(tan в/2) это озна­чает, что будет доступна область вплоть до щ = 5. Однако разные элементы детекторов перекрывают не­сколько различные области псевдобыстроты. Поэтому те или иные физические измерения можно будет прово­дить с разной степенью точности. Субдетекторы расши­ряют доступную область в сторону малых углов на­столько, что удастся работать и с псевдобыстротами, близкими к 9, т.е. с углами в несколько сотен долей градуса. Естественно, важно, чтобы частицы, летящие под столь малыми углами, не были захвачены опять потоком частиц внутри трубы ускорителя, что потребо­вало специальных решений этой проблемы.

Детекторы, которые имеют цилиндрическую форму ("бочка"), окружают области взаимодействий однород­ными магнитными полями. Сегментация детекторов должна быть достаточно мелкой, для того чтобы не допустить перекрытия сигналов от разных источников. Ни одна заряженная частица не должна быть упущена. Многие частицы продолжают двигаться почти по направлению пучка. Торцовые крышки (end-caps) основ­ных детекторов и "передние" субдетекторы в значитель­ной степени покрывают эту область углов. Имеется несколько триггерных уровней, в которых задейство­ваны все элементы детекторов.

Структура пучков имеет отличительные черты. По­ток протонов в кольце ускорителя не является равно­мерным, а состоит из сгустков (пучков), следующих один за другим с временными интервалами 25 нс, или на расстоянии около 7,5 м друг от друга, много меньшем длин детекторов. При таком следовании пучков частота их встреч в точках взаимодействия будет составлять величину около 40 МГц, которая реально будет меньше — примерно 30 МГц. Большинство протонов пучка пролетят, не взаимодействуя в этих точках, и продолжат движение вдоль кольца ускорителя. Но даже в этом случае при каждой встрече пучков одновременно будет происходить около 20-40 актов взаимодействий двух протонов на очень малой длине вдоль их траектории внутри детекторов. Триггерная система должна разли­чать взаимодействия и, более того, отбирать те из них, которые представляют физический интерес. Ограни­чения, налагаемые электроникой и компьютерами, до­пускают оставлять 100-200 событий в секунду, которые можно будет записать и сохранить. Поэтому триггеры должны быть быстродействующими, специализирован­ными, подходящими для целей соответствующего детек­тора, допускающими перепрограммирование в случае изменения физических требований и устойчивыми к сильному облучению очень интенсивным потоком заря­женных частиц.