ATLAS эксперимент - ATLAS experiment

Эта статья о детекторе LHC в ЦЕРНе. Для других экспериментов см. Атлас (значения).
Большой адронный коллайдер
(БАК)
LHC.svg
LHC эксперименты
АТЛАСАппарат тороидального LHC
CMSКомпактный мюонный соленоид
LHCbБАК-красота
АлисаЭксперимент на большом ионном коллайдере
ТОТЕМПолное сечение, упругое рассеяние и дифракционная диссоциация.
LHCfLHC-вперед
MoEDALДетектор монополей и экзотики на LHC
ФАЗЕРЭксперимент по поиску ForwArd
Предускорители LHC
p и PbЛинейные ускорители за протоны (Linac 2) и Вести (Linac 3)
(не отмечен)Протонный синхротронный ускоритель
PSПротонный синхротрон
СПССупер протонный синхротрон

Координаты: 46 ° 14′8 ″ с.ш. 6 ° 3′19 ″ в.д. / 46,23556 ° с. Ш. 6,05528 ° в. / 46.23556; 6.05528АТЛАС (Аппараты с тороидальным LHC)[1] самый крупный, универсальный детектор частиц эксперимент в Большой адронный коллайдер (LHC), а ускоритель частиц в ЦЕРН (Европейская организация ядерных исследований) в Швейцарии.[2] Эксперимент предназначен для использования беспрецедентной энергии, доступной на LHC, и наблюдения за явлениями, которые связаны с очень массивными частицы которые не наблюдались при использовании более раннихэнергия ускорители. ATLAS был одним из двух экспериментов на LHC, участвовавших в открытии бозон Хиггса в июле 2012 г.[3][4] Он также был разработан для поиска доказательств теории из физика элементарных частиц за пределами Стандартная модель.

Детектор 360 ° Panorama ATLAS

В эксперименте участвует около 3000 человек. физики из 183 учреждений в 38 странах мира.[5] Первые 15 лет проектом руководил Питер Дженни, с 2009 по 2013 год возглавлял Фабиола Джанотти а с 2013 по 2017 гг. Дэвид Чарльтон. Сотрудничество ATLAS в настоящее время возглавляет Карл Якобс.[6]

История

Рост ускорителя частиц

Детектор ATLAS строится в октябре 2004 года в экспериментальной яме. Строительство было завершено в 2008 году, а ATLAS успешно собирает данные с ноября 2009 года, когда началась работа встречных пучков на LHC. Обратите внимание на людей на заднем плане для сравнения размеров.

Первый циклотрон, один из первых ускорителей частиц, был построен Эрнест О. Лоуренс в 1931 году с радиусом всего несколько сантиметров и частицей энергия из 1 мегаэлектронвольт (МэВ). С тех пор ускорители сильно выросли в стремлении производить новые частицы все большего и большего размера. масса. По мере роста ускорителей росли и список известных частиц чтобы их можно было использовать для расследования.

Сотрудничество с ATLAS

Карл Якобс, руководитель проекта

В Сотрудничество с ATLAS, группа физиков, построивших и запустивших детектор[требуется разъяснение ], была образована в 1992 году, когда предложенные коллаборации EAGLE (Эксперимент по точным измерениям гаммы, лептона и энергии) и ASCOT (Аппарат со сверхпроводящими тороидами) объединили свои усилия для создания единого универсального детектора частиц для Большого адронного коллайдера.[требуется разъяснение ][7]

Конструкция и конструкция детектора

Конструкция представляла собой комбинацию двух предыдущих экспериментов, а также извлекла выгоду из исследований и разработок детектора, которые были выполнены для Сверхпроводящий суперколлайдер. Эксперимент ATLAS был предложен в его нынешней форме в 1994 году и официально профинансирован странами-членами ЦЕРН в 1995 году. университеты, и лаборатории присоединились в последующие годы. Строительные работы начались в отдельных учреждениях, после чего компоненты детекторов были отправлены в ЦЕРН и собраны в экспериментальной яме ATLAS, начиная с 2003 года.

Работа детектора

Строительство было завершено в 2008 году, и эксперимент выявил первые однолучевые события 10 сентября того же года.[8] Затем сбор данных был прерван более чем на год из-за LHC. происшествие с гашением магнита. 23 ноября 2009 г. состоялся первый протон -Столкновения протонов происходили на LHC и были зарегистрированы ATLAS при относительно низкой энергии инжекции 450 ГэВ на пучок. С тех пор энергия LHC увеличивалась: 900 ГэВ на пучок в конце 2009 г., 3500 ГэВ на весь 2010 и 2011 гг., Затем 4000 ГэВ на пучок в 2012 г. Первый период сбора данных, проведенный в период с 2010 по 2012 г. называется Run I. После длительного останова (LS1) в 2013 и 2014 годах на ATLAS в 2015 году было зарегистрировано 6500 ГэВ на пучок.[9][10][11] Второй период сбора данных, Run II, был завершен в конце 2018 г. яркость почти 140 / фб.[12] За этим последовала вторая длительная остановка (LS2) в 2019 и 2020 годах, в то время как ATLAS модернизируется для запуска III в 2021 году.[13]

Экспериментальная программа

Схема, называемая Диаграммы Фейнмана показать основные способы, которыми стандартная модель бозона Хиггса может быть произведена из сталкивающихся протонов на LHC.

ATLAS исследует множество различных типов физики, которые могут быть обнаружены в энергетических столкновениях LHC. Некоторые из них являются подтверждением или улучшенными измерениями Стандартная модель, а многие другие - возможные ключи к новым физическим теориям.

Стандартная модель и не только

За важным исключением бозон Хиггса, теперь обнаруживается ATLAS и CMS эксперименты,[14] все частицы, предсказанные моделью, наблюдались в предыдущих экспериментах. Хотя Стандартная модель предсказывает, что кварки, электроны и нейтрино должны существовать, она не объясняет, почему массы этих частиц различаются на порядки. Из-за этого многие физики элементарных частиц считают, что Стандартная модель может выйти из строя при энергиях на уровне тераэлектронвольт (ТэВ) масштаб или выше. Если такая физика выходит за рамки Стандартной модели, новая модель, которая идентична Стандартной модели при энергиях, исследованных до сих пор, может быть разработана для описания физики элементарных частиц при более высоких энергиях. Большинство предлагаемых в настоящее время теорий предсказывают новые частицы большей массы, некоторые из которых могут быть достаточно легкими, чтобы их можно было наблюдать с помощью ATLAS.

бозон Хиггса

Одной из наиболее важных целей ATLAS было исследование недостающего элемента Стандартной модели, бозон Хиггса.[15] В Механизм Хиггса, включающий бозон Хиггса, придает массу элементарным частицам, что приводит к различиям между слабая сила и электромагнетизм давая W- и Z-бозоны масса при выходе из фотон безмассовый. 4 июля 2012 года ATLAS вместе с CMS, его сестринским экспериментом на LHC, сообщил о доказательствах существования частицы, соответствующей бозону Хиггса, с уровнем достоверности 5. сигма,[3] с массой около 125 ГэВ, что в 133 раза больше массы протона. Эта новая «хиггсовская» частица была обнаружена по ее распаду на две части. фотоны и его распад до четырех лептоны. В марте 2013 года в свете обновленных результатов ATLAS и CMS ЦЕРН объявил, что новая частица действительно была бозоном Хиггса. Эксперименты также смогли показать, что свойства частицы, а также способы ее взаимодействия с другими частицами хорошо согласованы со свойствами бозона Хиггса, который, как ожидается, будет иметь вращение 0 и положительный паритет. Анализ других свойств частицы и данные, собранные в 2015 и 2016 годах, еще раз подтвердили это.[14] В 2013 году два физика-теоретика, предсказавшие существование бозона Хиггса в Стандартной модели, Питер Хиггс и Франсуа Энглер были награждены Нобелевская премия по физике.

Нарушение CP

Асимметрия между поведением материи и антивещество, известный как Нарушение CP, также исследуется.[15] Недавние эксперименты, посвященные измерениям CP-нарушения, такие как БаБар и Belle, не обнаружили достаточного CP-нарушения в Стандартной модели, чтобы объяснить отсутствие обнаруживаемого антивещества во Вселенной. Возможно, что новые модели физики внесут дополнительное CP-нарушение, проливающее свет на эту проблему. Свидетельства, подтверждающие эти модели, могут быть обнаружены либо непосредственно путем производства новых частиц, либо косвенно путем измерения свойств B- и D-мезоны. LHCb, эксперимент LHC, посвященный B-мезонам, скорее всего, больше подходит для последнего.[16]

Лучшие свойства кварка

Свойства верхний кварк, обнаруженный в Фермилаб в 1995 г., пока были измерены только приблизительно. Благодаря гораздо большей энергии и большей частоте столкновений LHC производит огромное количество топ-кварков, что позволяет ATLAS проводить более точные измерения его массы и взаимодействий с другими частицами.[17] Эти измерения предоставят косвенную информацию о деталях Стандартной модели с возможностью выявления несоответствий, указывающих на новую физику. Аналогичные прецизионные измерения будут выполнены для других известных частиц; например, ATLAS может в конечном итоге измерить массу W-бозон вдвое точнее, чем было достигнуто ранее.

Суперсимметрия

Одна из теорий, которая является предметом многих современных исследований: суперсимметрия. Суперсимметрия потенциально может решить ряд проблем в теоретическая физика, такой как проблемы иерархии в калибровочная теория, и присутствует практически во всех моделях теория струн. Модели суперсимметрии включают новые очень массивные частицы. Во многих случаях они распадаются на кварки высокой энергии и стабильные тяжелые частицы, взаимодействие которых с обычным веществом маловероятно. Стабильные частицы покидают детектор, оставляя в качестве сигнала один или несколько высокоэнергетических кварковые струи и большое количество "отсутствующий" импульс. Другие гипотетические массивные частицы, такие как Теория Калуцы – Клейна, могут оставить похожую подпись, но их открытие определенно укажет на то, что за пределами Стандартной модели существует какая-то физика.

Микроскопические черные дыры

Некоторые гипотезы, основанные на ДОБАВИТЬ модель, включают большие дополнительные измерения и предсказывают, что микро черные дыры может быть сформирован LHC.[18] Они немедленно распались бы из-за Радиация Хокинга, производя все частицы в Стандартной модели в равных количествах и оставляя однозначную сигнатуру в детекторе ATLAS.[19]

Детектор ATLAS

Детектор ATLAS имеет длину 46 метров, диаметр 25 метров и вес около 7000 тонн; он содержит около 3000 км кабеля.[20]

На 27 км в длина окружности, то Большой адронный коллайдер (БАК) сталкивается два пучка протонов вместе, каждый протон несет до 6.5ТэВ энергии - достаточно, чтобы производить частицы с массами, значительно превышающими массы любых известных в настоящее время частиц, если эти частицы существуют. Когда протон балки производимые Большим адронным коллайдером, взаимодействуют в центре детектора, образуя множество различных частиц с широким диапазоном энергий.

Общие требования

Детектор ATLAS разработан как универсальный. ATLAS предназначен не для того, чтобы сосредоточиться на конкретном физическом процессе, а для измерения самого широкого диапазона сигналов. Это предназначено для гарантии того, что какую бы форму ни приняли какие-либо новые физические процессы или частицы, ATLAS сможет обнаруживать их и измерять их свойства. ATLAS предназначен для обнаружения этих частиц, а именно их массы, импульс, энергии, срок службы, расходы и ядерные спины.

Эксперименты на более ранних коллайдерах, таких как Теватрон и Большой электрон-позитронный коллайдер, также были разработаны для универсального обнаружения. Однако энергия пучка и чрезвычайно высокая частота столкновений требуют, чтобы ATLAS был значительно больше и сложнее, чем предыдущие эксперименты, что представляет собой уникальные проблемы Большого адронного коллайдера.

Многослойный дизайн

Чтобы идентифицировать все частицы, образующиеся на точка взаимодействия там, где сталкиваются пучки частиц, детектор состоит из слоев, состоящих из детекторов разных типов, каждый из которых предназначен для наблюдения за конкретными типами частиц. Различные следы, которые частицы оставляют в каждом слое детектора, позволяют эффективно идентификация частиц и точные измерения энергии и импульса. (Обсуждается роль каждого слоя в детекторе. ниже.) По мере увеличения энергии частиц, производимых ускорителем, присоединенные к нему детекторы должны расти, чтобы эффективно измерять и останавливать частицы с более высокой энергией. По состоянию на 2017 год детектор ATLAS является крупнейшим из когда-либо построенных на коллайдере частиц.[21]

Составные части

Компьютерный разрез детектора ATLAS, показывающий его различные компоненты
(1)Мюонные детекторы
Магнитная система:
(2) Тороидные магниты
(3) Магнит соленоида
Внутренний детектор:
(4) Отслеживание переходного излучения
(5) Полупроводниковый трекер
(6) Детектор пикселей
Калориметры:
(7) Калориметр с жидким аргоном
(8) Плиточный калориметр

Детектор ATLAS состоит из ряда концентрических цилиндров все большего размера, расположенных вокруг точка взаимодействия где сталкиваются пучки протонов от LHC. Его можно разделить на четыре основные части: внутренний детектор, калориметры, Мюон Спектрометр и магнитные системы.[22] Каждый из них, в свою очередь, состоит из нескольких слоев. Детекторы дополняют друг друга: внутренний детектор точно отслеживает частицы, калориметры измеряют энергию легко останавливаемых частиц, а мюонная система выполняет дополнительные измерения высокопроникающих мюонов. Две магнитные системы изгибаются заряжен частиц во внутреннем детекторе и мюонном спектрометре, позволяя их импульсы быть измеренным.

Единственными установленными стабильными частицами, которые не могут быть обнаружены напрямую, являются нейтрино; их присутствие определяется путем измерения дисбаланса импульсов между обнаруженными частицами. Чтобы это работало, детектор должен быть "герметичный ", что означает, что он должен обнаруживать все не-нейтрино, произведенные без слепых зон. Поддержание характеристик детектора в областях с высоким уровнем излучения, непосредственно окружающих протонные пучки, является серьезной инженерной задачей.

Внутренний детектор

В ATLAS TRT (Отслеживание переходного излучения) центральная часть, самая внешняя часть внутреннего детектора, собранная над землей и собирающая данные из космические лучи[23] в сентябре 2005 г.

Внутренний детектор[24] начинается в нескольких сантиметрах от оси протонного пучка, простирается до радиуса 1,2 метра и имеет длину 6,2 метра вдоль лучевой трубы. Его основная функция - отслеживать заряженные частицы, обнаруживая их взаимодействие с материалом в дискретных точках, раскрывая подробную информацию о типах частиц и их импульсе.[25] В магнитное поле окружение всего внутреннего детектора заставляет заряженные частицы искривляться; направление кривой показывает заряд частицы, а степень кривизны показывает ее импульс. Отправные точки треков дают полезную информацию для идентификация частиц; например, если кажется, что группа треков происходит из точки, отличной от первоначального протон-протонного столкновения, это может быть признаком того, что частицы появились в результате распада адрона с нижний кварк (видеть b-теги ). Внутренний детектор состоит из трех частей, которые описаны ниже.

Детектор пикселей,[26] Самая внутренняя часть детектора содержит три концентрических слоя и три диска на каждой торцевой крышке, всего 1744 модули, каждая размером 2 на 6 сантиметров. Детектирующий материал имеет толщину 250 мкм. кремний. Каждый модуль содержит 16 считывателей чипсы и другие электронные компоненты. Наименьшая единица, которую можно прочитать, - это пиксель (50 на 400 микрометров); на каждый модуль приходится примерно 47 000 пикселей. Мельчайший размер пикселя разработан для чрезвычайно точного отслеживания в непосредственной близости от точки взаимодействия. В общей сложности Pixel Detector имеет более 80 миллионов каналов считывания, что составляет около 50% от общего количества каналов считывания всего детектора. Такое большое количество создало значительную конструкторскую и инженерную проблему. Еще одна проблема заключалась в радиация которому подвергается детектор пикселей из-за его близости к точке взаимодействия, что требует, чтобы все компоненты были радиационно стойкий чтобы продолжить работу после значительных воздействий.

Полупроводниковый трекер (SCT) - средний компонент внутреннего детектора. Он аналогичен по концепции и функциям детектору пикселей, но с длинными узкими полосами, а не с маленькими пикселями, что делает возможным охват большей площади. Каждая полоска имеет размер 80 микрометров на 12 сантиметров. SCT является наиболее важной частью внутреннего детектора для базового отслеживания в плоскости, перпендикулярной лучу, поскольку он измеряет частицы на гораздо большей площади, чем пиксельный детектор, с большим количеством точек выборки и примерно одинаковой (хотя и одномерной) точностью. . Он состоит из четырех двойных слоев кремниевых лент, имеет 6,3 миллиона каналов считывания и общую площадь 61 квадратный метр.

Устройство отслеживания переходного излучения (TRT), самый внешний компонент внутреннего детектора, представляет собой комбинацию соломенный трекер и детектор переходного излучения. Детектирующими элементами являются дрейфовые трубки (соломинки), каждая диаметром 4 миллиметра и длиной до 144 сантиметров. Погрешность измерения положения трека (разрешение положения) составляет около 200 микрометров. Это не так точно, как для двух других детекторов, но необходимо было снизить стоимость покрытия большего объема и иметь возможность обнаружения переходного излучения. Каждая соломинка наполнена газом, который становится ионизированный когда заряженная частица проходит. В соломинках поддерживается напряжение около -1,500 В, при этом отрицательные ионы направляются к тонкой проволоке по центру каждой строу, создавая в ней импульс (сигнал) тока. Провода с сигналами создают картину «ударов» соломинок, которая позволяет определить путь частицы. Между трубочками материалы с сильно различающимися показатели преломления заставляют ультрарелятивистские заряженные частицы производить переходное излучение и оставляют более сильные сигналы в некоторых соломинках. Ксенон и аргон Газ используется для увеличения количества соломинок с сильными сигналами. Поскольку количество переходного излучения наиболее велико для релятивистский частицы (со скоростью очень близкой к скорость света ), и поскольку частицы определенной энергии имеют более высокую скорость, чем они легче, траектории частиц со многими очень сильными сигналами могут быть идентифицированы как принадлежащие легчайшим заряженным частицам: электроны и их античастицы, позитроны. Всего у TRT около 298 000 соломинок.

Калориметры

Сентябрь 2005 г .: Основная секция стволов ATLAS. адронный калориметр, ожидающий перемещения внутри магнитов тороида.
Один из разделов расширений адрона калориметр, ожидает добавления в конце февраля 2006 г.
Удлиненная цилиндрическая секция адронного калориметра.

В калориметры расположены вне соленоидальной магнит что окружает внутренний детектор. Их цель - измерять энергию частиц, поглощая ее. Существуют две основные калориметрические системы: внутренний электромагнитный калориметр и внешний калориметр. адронный калориметр.[27] Оба калориметры для отбора проб; то есть они поглощают энергию в металле высокой плотности и периодически определяют форму полученного душ частиц, выводя энергию исходной частицы из этого измерения.

Электромагнитный (ЭМ) калориметр поглощает энергию от взаимодействующих частиц. электромагнитно, в состав которых входят заряженные частицы и фотоны. Он обладает высокой точностью как в отношении количества поглощенной энергии, так и в точном расположении выделяемой энергии. Угол между траекторией частицы и осью пучка детектора (точнее, псевдобыстротность ) и его угол в перпендикулярной плоскости измеряются с точностью примерно 0,025радианы. Бочкообразный ЭМ-калориметр имеет электроды в форме гармошки, а энергопоглощающие материалы вести и нержавеющая сталь, с жидкостью аргон в качестве материала для отбора проб и криостат вокруг ЭМ-калориметра, чтобы он оставался достаточно прохладным.

В адрон калориметр поглощает энергию от частиц, которые проходят через ЭМ калориметр, но взаимодействуют через сильная сила; эти частицы в основном адроны. Он менее точен как по величине энергии, так и по локализации (всего в пределах 0,1 радиана).[16] Энергопоглощающий материал - сталь с сцинтилляционными плитками, которые измеряют выделенную энергию. Многие функции калориметра выбраны из соображений экономической эффективности; Прибор большой и состоит из огромного количества строительного материала: основная часть калориметра - кафельный калориметр - имеет диаметр 8 метров и охватывает 12 метров по оси луча. Дальние секции адронного калориметра содержатся внутри криостата переднего ЭМ калориметра и также используют жидкий аргон, в то время как медь и вольфрам используются в качестве поглотителей.

Мюонный спектрометр

В Мюон Спектрометр представляет собой чрезвычайно большую систему слежения, состоящую из трех частей: (1) магнитное поле, создаваемое тремя тороидальными магнитами, (2) набор из 1200 камер, измеряющих с высокой пространственной точностью треки исходящих мюонов, (3) набор пусковые камеры с точным временным разрешением. Протяженность этого субдетектора начинается в радиусе 4,25 м от калориметров до полного радиуса детектора (11 м).[22] Его огромный размер необходим для точного измерения импульса мюонов, которые сначала проходят через все другие элементы детектора, прежде чем попадут в мюонный спектрометр. Он был разработан для автономного измерения импульса мюонов 100 ГэВ с точностью 3% и мюонов 1 ТэВ с точностью 10%. Было жизненно важно сделать все возможное, чтобы собрать такое большое оборудование, потому что ряд интересных физических процессов можно наблюдать только при обнаружении одного или нескольких мюонов, а также потому, что полная энергия частиц в событии не может быть измерена. если бы мюоны не учитывались. Он работает так же, как внутренний детектор, с мюонами изогнутыми, так что их импульс можно измерить, хотя и с другим магнитное поле конфигурация, меньшая пространственная точность и гораздо больший объем. Он также выполняет функцию простой идентификации мюонов - ожидается, что очень мало частиц других типов пройдет через калориметры и впоследствии оставит сигналы в мюонном спектрометре. Он имеет около миллиона каналов считывания, а его слои детекторов имеют общую площадь 12 000 квадратных метров.

Магнитная система

Концы четырех из восьми тороидных магнитов ATLAS, смотрящие вниз с высоты 90 метров, в сентябре 2005 г.
Восемь тороидальных магнитов детектора ATLAS

В детекторе ATLAS используются две большие сверхпроводящие магнитные системы для изгибания заряженных частиц, чтобы можно было измерить их импульс. Этот изгиб происходит из-за Сила Лоренца, которая пропорциональна скорости. Поскольку все частицы, образующиеся при столкновении протонов в LHC, движутся со скоростью, очень близкой к скорости света, сила, действующая на частицы с разными импульсами, одинакова. (В теория относительности, импульс нет линейно пропорциональна скорости при таких скоростях.) Таким образом, частицы с большим импульсом изгибаются очень мало, в то время как частицы с низким импульсом изгибаются значительно; количество кривизна может быть определен количественно, и импульс частицы может быть определен из этого значения.

Внутренний соленоид производит два тесла магнитное поле, окружающее внутренний детектор.[28] Это сильное магнитное поле позволяет даже очень энергичным частицам изгибаться настолько, чтобы можно было определить их импульс, а его почти однородное направление и сила позволяют проводить очень точные измерения. Частицы с импульсами менее 400 МэВ будут изогнуты настолько сильно, что будут многократно петлять в поле и, скорее всего, не будут измеряться; однако эта энергия очень мала по сравнению с несколькими ТэВ энергии, выделяющейся при каждом столкновении протонов.

Внешний тороидальный магнитное поле создается восемью очень большими воздушными сердечниками сверхпроводящий бочкообразные петли и два торцевых воздушных тороидальных магнита, расположенные вне калориметров и внутри мюонной системы.[28] Это магнитное поле простирается на площади 26 метров в длину и 20 метров в диаметре и хранит 1,6гигаджоули энергии. Его магнитное поле неоднородно, потому что создание соленоидного магнита достаточного размера было бы чрезмерно дорогим. Он варьируется от 2 до 8 тесламетров.

Характеристики детектора

Установка всех вышеупомянутых детекторов была завершена в августе 2008 года. Детекторы собрали миллионы космических лучей во время ремонта магнита, который проводился с осени 2008 по осень 2009 года, до первых столкновений протонов. Детектор работал с КПД, близким к 100%, и имел рабочие характеристики, очень близкие к расчетным.[29]

Передние детекторы

Детектор ATLAS дополняется набором из четырех субдетекторов в передней области для измерения частиц под очень маленькими углами. LUCID (LUminosity Cherenkov Integrating Detector) - первый из этих детекторов, предназначенный для измерения светимости и расположенный в пещере ATLAS на расстоянии 17 м от точки взаимодействия между двумя концевыми крышками мюонов. Следующим на очереди стоит ZDC (калориметр нулевого градуса), предназначенный для измерения нейтральных частиц по оси луча и расположенный на расстоянии 140 м от IP в туннеле LHC, где два луча разделяются на отдельные лучевые трубы. AFP (Atlas Forward Proton) предназначен для маркировки дифракционных событий и расположен на 204 м и 217 м, и, наконец, ALFA (Absolute Luminosity For ATLAS) предназначен для измерения упругого рассеяния протонов, расположенного на 240 м непосредственно перед изгибающими магнитами дуги LHC. [30]

Системы данных

Требования

Более ранние системы считывания детекторов частиц и обнаружения событий основывались на параллельных общих шинах, таких как VMEbus или же FASTBUS.Поскольку такая архитектура шины не может удовлетворить требования к данным детекторов LHC, все предложения по системе сбора данных основываются на высокоскоростных двухточечных каналах и коммутационных сетях.

Генерация данных

Детектор генерирует слишком много необработанных данных для считывания или сохранения всего: около 25 мегабайт на событие (сырые; нулевое подавление уменьшает это до 1,6 МБ), умноженное на 40 миллионов. балочные переходы в секунду в центре детектора. Всего получается 1 петабайт сырых данных в секунду.[31]

Система запуска

В спусковой крючок система[32] использует быструю реконструкцию событий для определения в реальном времени наиболее интересных События сохранить для детального анализа. Во втором периоде сбора данных LHC, Run-2, было два различных уровня запуска:[33]

  • Триггер уровня 1, реализованный на заказном оборудовании на объекте детектора. Он использует информацию с уменьшенной степенью детализации от калориметров и мюонного спектрометра и снижает частоту событий при считывании до 100 кГц.
  • Триггер высокого уровня (HLT), реализованный в программном обеспечении, использует ограниченные области детектора, так называемые области интереса (RoI), которые необходимо реконструировать с полной детализацией детектора, включая отслеживание, и позволяет сопоставить отложения энергии с треками. После этого шага частота событий снижается до 1 кГц.

Остальные данные, соответствующие примерно 1000 событиям в секунду, сохраняются для дальнейшего анализа.[34]

Анализ

Не в сети реконструкция события выполняется для всех постоянно сохраненных событий, превращая набор сигналов от детектора в физические объекты, такие как струи, фотоны, и лептоны. Грид-вычисления широко используется для реконструкции событий, позволяя параллельное использование университетских и лабораторных компьютерных сетей по всему миру для ЦПУ -интенсивная задача по приведению больших объемов необработанных данных в форму, подходящую для анализа физики. В программного обеспечения Поскольку эти задачи разрабатывались в течение многих лет, и их уточнение продолжается даже после начала сбора данных.

Отдельные лица и группы в рамках сотрудничества пишут свои собственные код для выполнения дальнейшего анализа этих объектов, поиска паттернов обнаруженных частиц для конкретных физических моделей или гипотетических частиц.

Рекомендации

  1. ^ Aad, G .; (Сотрудничество ATLAS); и другие. (2008). «Эксперимент ATLAS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН» (PDF). Журнал приборостроения. 3 (8): S08003. Bibcode:2008JInst ... 3S8003A. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 3/08 / S08003. HDL:2027.42/64167.
  2. ^ «Эксперимент АТЛАС». ЦЕРН. Получено 24 октября 2019.
  3. ^ а б «Эксперименты в ЦЕРНе наблюдают частицу, соответствующую долгожданному бозону Хиггса». ЦЕРН. 4 июля 2012 г.. Получено 2016-11-23.
  4. ^ «ЦЕРН и бозон Хиггса». ЦЕРН. Архивировано из оригинал 23 ноября 2016 г.. Получено 23 ноября 2016.
  5. ^ «Сотрудничество ATLAS». АТЛАС. Получено 24 октября 2019.
  6. ^ «Старший научный сотрудник HiggsTools избран новым представителем ATLAS | HiggsTools».
  7. ^ «Записи сотрудничества ATLAS». ЦЕРН архив. Получено 2007-02-25.
  8. ^ «Первый луч и первые события в ATLAS». Atlas.ch. 2008-09-10. Получено 2016-08-16.
  9. ^ «Восемь вещей, которые нужно знать, поскольку большой адронный коллайдер бьет рекорды энергии».
  10. ^ «ATLAS завершил первый год работы на 13 ТэВ» В архиве 2016-01-17 в Wayback Machine.
  11. ^ «ATLAS начинает регистрацию физических данных при 13 ТэВ» В архиве 2016-03-05 в Wayback Machine.
  12. ^ "LuminosityPublicResultsRun2 . twiki.cern.ch. Получено 2020-03-10.
  13. ^ АТЛАС. Продвинутая серия по направлениям физики высоких энергий. 30. МИРОВАЯ НАУЧНАЯ. 2018-05-05. Дои:10.1142/11030. ISBN  978-981-327-179-1.
  14. ^ а б «Эксперименты ATLAS и CMS проливают свет на свойства Хиггса». Получено 2016-11-23.
  15. ^ а б «Введение и обзор». Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН. 1994 г.
  16. ^ а б Н. В. Красников; В. А. Матвеев (сентябрь 1997 г.). «Физика на LHC». Физика частиц и ядер. 28 (5): 441–470. arXiv:hep-ph / 9703204. Bibcode:1997ПНН .... 28..441К. Дои:10.1134/1.953049. S2CID  118907038.
  17. ^ «Физика топ-кварка». Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН. 1994 г.
  18. ^ Harris, C.M .; Палмер, М.Дж .; Паркер, M.A .; Richardson, P .; Sabetfakhri, A .; Уэббер, Б. (2005). «Изучение черных дыр высших измерений на Большом адронном коллайдере». Журнал физики высоких энергий. 2005 (5): 053. arXiv:hep-ph / 0411022. Bibcode:2005JHEP ... 05..053H. Дои:10.1088/1126-6708/2005/05/053. S2CID  15199183.
  19. ^ Tanaka, J .; Yamamura, T .; Asai, S .; Канзаки Дж. (2005). «Исследование черных дыр детектором ATLAS на LHC». Европейский физический журнал C. 41 (s2): 19–33. arXiv:hep-ph / 0411095. Bibcode:2005EPJC ... 41 ... 19 т. Дои:10.1140 / epjcd / s2005-02-008-х. S2CID  119444406.
  20. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2014-04-07. Получено 2014-04-01.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  21. ^ «Включается самый большой в мире сверхпроводящий магнит» (Пресс-релиз). ЦЕРН. 2006-11-20. Получено 2016-11-23.
  22. ^ а б «Общая концепция детектора». Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН. 1994 г.
  23. ^ Ф. Пасторе (2010). «Готовность детектора ATLAS: работа с первым лучом и космическими данными». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 617 (1/3): 48–51. Bibcode:2010NIMPA.617 ... 48P. Дои:10.1016 / j.nima.2009.08.068.
  24. ^ Регина Молес-Вальс (2010). «Юстировка системы слежения внутреннего извещателя ATLAS». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 617 (1–3): 568–570. arXiv:0910.5156. Bibcode:2010NIMPA.617..568M. Дои:10.1016 / j.nima.2009.09.101.
  25. ^ «Внутренний детектор». Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН. 1994 г.
  26. ^ Обнимая, Ф. (2006). «Детектор пикселей ATLAS». IEEE Transactions по ядерной науке. 53 (6): 1732–1736. arXiv:физика / 0412138. Bibcode:2006ITNS ... 53.1732H. Дои:10.1109 / TNS.2006.871506. S2CID  47545925.
  27. ^ «Калориметрия». Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН. 1994 г.
  28. ^ а б «Магнитная система». Техническое предложение ATLAS. ЦЕРН. 1994 г.
  29. ^ Aad, G .; (Сотрудничество ATLAS); и другие. (2010). «Производительность детектора ATLAS с использованием данных о первом столкновении». JHEP. 1009 (9): 056. arXiv:1005.5254. Bibcode:2010JHEP ... 09..056A. Дои:10.1007 / JHEP09 (2010) 056. S2CID  118543167.
  30. ^ http://atlas-project-lumi-fphys.web.cern.ch/
  31. ^ "Описание детектора". Архивировано из оригинал на 2011-06-14. Получено 2010-11-19.
  32. ^ Д.А. Сканниккио (2010). «Триггер ATLAS и сбор данных: возможности и ввод в эксплуатацию». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 617 (1/3): 306–309. Bibcode:2010NIMPA.617..306S. Дои:10.1016 / j.nima.2009.06.114.
  33. ^ Коллаборация ATLAS (2016). «Статус и результаты ATLAS Run-2». Труды по ядерной физике и физике элементарных частиц. 270: 3–7. Дои:10.1016 / j.nuclphysbps.2016.02.002.
  34. ^ «Система запуска и сбора данных». Сотрудничество ATLAS Новости исследований. Октябрь 2019.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка