Магнитные поля в детекторах необходимы для искривления траекторий рождаемых заряженных частиц. Магнитные поля достигают 2 Тл в ATLAS и до 4 Тл в CMS. Кривизна траектории позволяет измерить импульс частицы и определить её природу (массу). Это — основная информация, которую получают о том или ином процессе. Детектирование частиц основано на свойствах взаимодействия заряженных частиц с веществом детектора. Общая "архитектура" детекторов ATLAS, CMS и ALICE имеет много общего, тогда как LHCb в основном ориентирован на то, чтобы уделять особое внимание b-кваркам, движущимся преимущественно в переднем направлении. Центральная область, ближайшая к точке взаимодействия, заполнена системой трекеров, следящей за траекторией частицы и измеряющей её импульс. Затем следуют электромагнитные калориметры, в которых происходит поглощение фотонов и электронов с измерением их полной энергии. Поскольку адроны поглощаются на больших длинах, адронные калориметры размещаются на ещё большем расстоянии от точки взаимодействия. Мюоны являются наиболее проникающими частицами, и потому системы для их детектирования находятся на периферии детекторов.
Во внутренних частях детекторов используются кремниевые пиксельные детекторы, покрывающие площади до 2 м2 на весьма малых радиусах от центральной оси детектора, вплоть до 4,5 см, а также кремниевые микро- стриповые детекторы на бОльших радиусах (20-55 см). Кремниевые детекторы хорошо сегментированы, для того чтобы обеспечить аккуратное слежение за траекторией частицы и получить достаточную точность определения координат треков. Кроме того, в ATLAS используется трекер переходного излучения (TRT), действие которого основано на эффекте переходного излучения фотонов заряженными частицами. Радиус TRT больше 56 см. Он позволяет также отличить электроны от пионов. Число точек вдоль следа частицы в TRT велико (около 30-40 на трек). В совокупности эта система обеспечивает непрерывное слежение за следом частицы, её идентификацию, точное измерение импульса, а также реконструкцию первичных и вторичных вершин взаимодействий. Особенно пристальное внимание уделено сопротивляемости используемых материалов радиации, которая исключительно сильна из-за огромных потоков на столь малых расстояниях от точек взаимодействия. Это требование весьма важно и для электронных систем, считывающих информацию с компонентов детектора и передающих её в компьютерную сеть.
Далее следуют калориметры, которые поглощают и измеряют потоки энергии электронов, фотонов и адро- нов, а также служат в качестве триггеров сигналов, в частности, от событий, подозреваемых на проявления новой физики. Электромагнитный калориметр детектора ATLAS состоит из слоев свинца, между которыми находятся области, заполненные жидким аргоном. В CMS для этих целей используются кристаллы с очень высокой плотностью. С их помощью измеряются направления распространения и энергии электромагнитных ливней, развивающихся в плотном веществе. Адронные калориметры, расположенные вокруг электромагнитных калориметров, тоже измеряют направления и энергии адронных ливней (особенно струй адро- нов), а также недостающую энергию, которая может быть связана, например, с нейтрино, недетектирован- ными нейтральными частицами и т.д. Самые дальние от точек взаимодействия периферийные части детекторов состоят из использующих газы устройств, предназначенных для идентификации мюонов и измерения их импульсов. Работа этих устройств полностью синхронизована с работой остальных частей детекторов. Надо заметить, что некоторые системы обеспечивают независимое измерение импульсов, что позволяет проводить взаимную проверку.
Работа с такими сложными системами требует высокой квалификации физиков, которые должны знать и калибровать разные части детекторов. Конечно, в каждом из детекторов проявляются и специфичные только для него проблемы. Например, в детекторе LHCb особенно высокие требования предъявляются к точности определения положений вершин распадов, от которой зависит точность получаемых данных о В-мезонах. Подобные ситуации типичны и для других детекторов. Но, несомненно, общим для всех детекторов является необходимость их калибровки с помощью космических лучей для понимания их отклика на прохождение частиц на начальном этапе, что уже активно проводится.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.