Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
ATLAS (от англ. A Toroidal LHC ApparatuS) — один из четырёх основных экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) в европейской организации ядерных исследований ЦЕРН в городе Женева, Швейцария. Эксперимент проводится на одноимённом детекторе, предназначенном для исследования протон-протонных столкновений (другие эксперименты на БАКе — ALICE, CMS, TOTEM, LHCb и LHCf). В проекте участвуют около 2000 ученых и инженеров из 165 лабораторий и университетов из 35 стран, в том числе и из России[1]. Эксперимент предназначен для поиска сверхтяжелых элементарных частиц, таких как бозон Хиггса и суперсимметричные партнёры частиц Стандартной Модели. Физики считают, что эксперименты на детекторах ATLAS и CMS могут пролить свет на физику за рамками Стандартной Модели.
Размеры детектора ATLAS: длина — 46 метров, диаметр — 25 метров, общий вес — около 7000 тонн.
ATLAS разрабатывался как многоцелевой детектор. Когда создаваемые БАКом встречные протонные пучки сталкиваются в центре детектора, возникают различные частицы с широким спектром энергий. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на специфическом физическом процессе, ATLAS разработан для измерения самого широкого диапазона сигналов от рождения и распада частиц. Это гарантирует, что, независимо от формы, которую могли бы принять любые новые физические процессы или частицы, ATLAS будет в состоянии обнаружить их и измерить их свойства. Эксперименты на предыдущих коллайдерах, вроде Теватрона или большого электрон-позитронного коллайдера, были основаны на сходных идеях. Однако уникальность БАКа — беспрецедентные энергии и чрезвычайно высокая частота столкновений — делает ATLAS больше и сложнее построенных до сих пор детекторов.
Содержание
Предпосылки создания
Первый ускоритель элементарных частиц — циклотрон — был построен американским физиком Эрнстом Лоуренсом в 1931 году, имел радиус всего несколько сантиметров и ускорял протоны до энергии 1 МэВ. С тех пор размеры ускорителей выросли до колоссальных размеров, так как большая энергия ускорения требует больших линейных размеров ускорителя. А большая энергия столкновений требуется для рождения всё более тяжелых частиц. На сегодняшний день наиболее полную физическую теорию, описывающую все явления в которых участвуют элементарные частицы, называют Стандартной Моделью физики элементарных частиц. За единственным исключением (бозон Хиггса) все частицы Стандартной Модели наблюдались экспериментально. Гипотетический (на сегодняшний день) бозон Хиггса необходим в Стандартной Модели для объяснения возникновения массы у частиц (см. механизм Хиггса), так как точная калибровочная симметрия, на основе которой построена эта теория, налагает условие безмассовости всех частиц. Большинство физиков, работающих в данной области, считают, что сам бозон Хиггса не может быть тяжелее, чем несколько сотен ГэВ и что на энергетическом масштабе около 1 ТэВ Стандартная Модель должна нарушаться и давать неверные предсказания (эту гипотезу называют условием естественности). Ту физику, которая может проявиться на этом масштабе, обычно называют «физикой за пределами Стандартной модели» .
БАК сооружён для поиска и исследования свойств бозона Хиггса и поиска новых явлений в физике на масштабе порядка 1 ТэВ. Большая часть предлагаемых теоретиками моделей новой физики предсказывает существование очень тяжелых частиц с массой в сотни ГэВ или несколько ТэВ (для сравнения, масса протона — порядка 1 ГэВ). В туннеле длиной 27 километров сталкиваются два пучка протонов, и каждый из протонов имеет энергию до 7 ТэВ. Благодаря этой колоссальной энергии смогут родиться тяжелые частицы, которые существовали в природе только в первые микросекунды после Большого Взрыва.
Для наблюдения частиц, рождённых на ускорителях, необходимы детекторы элементарных частиц. В то время как интересные явления могут произойти при столкновении протонов, недостаточно только произвести их. Должны быть построены детекторы, чтобы обнаружить частицы, измерить их массы, импульсы, энергии и заряды, определить их спины. Чтобы идентифицировать все частицы, рождённые в области взаимодействия пучков частиц, детекторы частиц обычно располагаются в несколько слоёв. Слои составлены из детекторов различных типов, каждый из которых специализирован на определённых типах измерений. Различные особенности, которые оставляют частицы в каждом слое детектора, используются для эффективной идентификации частиц и точных измерений энергии и импульса (роль каждого слоя в детекторе обсуждена ниже).
ATLAS предназначен для исследования различных типов физики, которые могли бы быть обнаружены в энергичных столкновениях в БАКе. Некоторые из этих исследований заключаются в подтверждении или улучшенных измерениях параметров Стандартной Модели, в то время как многие другие — в поисках новой физики.
По мере того как растёт энергия частиц, рождённых на ускорителе большего размера, должны увеличиваться и размеры детекторов для того, чтобы можно было эффективно измерить и поглотить частицы более высоких энергий; в результате, ATLAS является на данное время самым большим детектором на встречных пучках[1].
История
Коллаборация ATLAS, то есть группа физиков, строящих детектор и проводящих на нём эксперименты, была создана в 1992 году, когда два экспериментальных проекта для программы исследований на LHC, EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements) и ASCOT (Apparatus with Super COnducting Toroids) объединили усилия и начали проектировать единый детектор общего назначения[2]. Дизайн нового аппарата базировался на основе наработок обеих коллабораций, а также команд, пришедших из проекта коллайдера SSC (Superconducting Super Collider) в США, закрытого в 1993 году.
Эксперимент ATLAS в его нынешнем состоянии был предложен в 1994 году и официально одобрен руководством ЦЕРН в 1995 году. За время, прошедшее с момента создания коллаборации, все новые и новые группы физиков из разных университетов и стран присоединяются к коллаборации, и в настоящее время коллаборация ATLAS — одно из самых больших официальных сообществ в физике элементарных частиц.
Сборка детектора ATLAS на подземной площадке в CERN началась в 2003 году, после остановки предыдущего ускорителя LEP.
В 2017 году коллаборация ATLAS отмечала своё 25-летие, планируя устроить большое медиасобытие 2 октября[3].
Компоненты детектора
|
|