» » Селфи детектора ATLAS

Селфи детектора ATLAS


Селфи детектора ATLAS

Может ли фотокамера сделать свое собственное селфи, причем со всеми своими трехмерными внутренностями? Нет. Может ли микроскоп, в рамках сеанса «самодиагностики», рассмотреть свое собственное строение? Наверное, тоже нет. А вот современный детектор элементарных частиц на это способен! На рисунке показано строение внутренней части детектора ATLAS, самого крупного детектора Большого адронного коллайдера, — причем строение, полученное по данным самого этого детектора. Это самое настоящее селфи детектора ATLAS: регистрируя элементарные частицы, он «видит» самого себя!

Такая способность к «самосозерцанию» возникает из-за того, что элементарные частицы, сталкиваясь с атомами вещества, могут порождать новые частицы — и уже их ловит детектор. Как показано на следующем рисунке, исходные частицы рождаются в центре детектора, в той точке, где столкнулись протоны. Эти частицы разлетаются во все стороны и проходят сквозь слои детектора, оставляя в них свой след. Детектор с хорошей точностью восстанавливает их траектории, экстраполирует их назад и видит, что они более-менее сходятся в одной точке. Она называется «первичной вершиной» столкновения.


Селфи детектора ATLAS

Возникновение вторичной вершины при столкновении элементарной частицы с материалом детектора


Но иногда бывает так, что, пронзая слои детектора, высокоэнергетичная частица лоб в лоб сталкивается каким-то ядром вещества детектора и порождает несколько новых частиц. Их траектории тоже восстанавливаются детектором, но только он теперь «видит», что вылетают они из другой точки — из «вторичной вершины». Чем толще слой вещества, тем чаще там будет происходить такое столкновение и тем чаще детектор будет регистрировать там вторичные вершины. На верхнем рисунке как раз показано распределение в пространстве этих вторичных вершин, восстановленных детектором ATLAS. Каждая крошечная точка — это отдельная зарегистрированная вторичная вершина, а когда их плотность становится большой, она кодируется цветом: чем он «горячее», тем больше плотность точек.

На верхнем рисунке показан вид вдоль оси детектора. А здесь это же распределение показано сбоку (а точнее, в координатах r и z при суммировании по всем азимутальным углам):


Селфи детектора ATLAS

Строение внутренней части детектора ATLAS в координатах r (удаление от оси) и z (вдоль оси). Рисунок с сайта atlas.web.cern.ch


Ну а самый психоделический вариант селфи приведен здесь:


Селфи детектора ATLAS

Строение внутренней части детектора ATLAS в координатах r (удаление от оси) и [/i] (угол). Рисунок с сайта atlas.web.cern.ch


Это «автопортрет» в области |[i]z| < 40 см в виде развертки по азимутальному углу и радиальному удалению. Широкая полоса внизу — это вакуумная труба, а отдельные периодические детали — это платы-«черепицы» слоев пиксельного детектора. Для сравнения ниже показана реальная фотография внешнего слоя пиксельного детектора ATLAS в процессе сборки.

Все эти «селфи» были получены детектором ATLAS еще в 2010 году, когда коллайдер только-только набирал обороты. Они базируются на статистике в миллион раз меньше той, что была накоплена во время всего сеанса Run 1 в 2010–2012 годах. Эти технические изображения нужны для того, чтобы проверить работоспособность самого детектора и надежно оценить фон, возникающий от такой «засветки» вторичных вершин. Как это ни удивительно, но полная публикация с подробным описанием этих изображений появилась в архиве е-принтов лишь на днях (A measurement of material in the ATLAS tracker using secondary hadronic interactions in 7 TeV pp collisions). Все изображения и таблицы из этой статьи собраны также на отдельной странице на сайте ATLAS.


Селфи детектора ATLAS

Селфи детектора ATLAS

Внешний слой пиксельного детектора ATLAS в процессе монтажа. Фото с сайта atlasexperiment.org


Это, кстати, не единственный пример самодиагностики детекторов Большого адронного коллайдера. Мы уже писали о подобном селфи детектора ALICE, но там вторичные вершины восстанавливались не по адронам, а по вершинам внутренней конверсии жестких фотонов в электрон-позитронные пары. Но картинки и там получились красивые.

Ну и наконец, надо добавить, что вторичные вершины могут, конечно, возникать не только за счет инструментальных эффектов, но и самопроизвольно. Нестабильная частица, например B-мезон, рождается в первичной вершине, отлетает на несколько миллиметров и уже там распадается на дочерние частицы. Вот за такими вторичными вершинами детекторы охотятся по-настоящему. По сути, вся B-физика — это охота за «правильными» вторичными вершинами.

Изображение с сайта atlas.web.cern.ch.

Игорь Иванов

04 ноябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Новые данные ATLAS по хиггсовскому бозону: интрига сохраняется

Коллаборация ATLAS обновила данные по распаду хиггсовского бозона на два фотона и на пару Z-бозонов. Подтверждается самый громкий результат LHC — существенное превышение двухфотонного распада по

Эксперимент LUX пока не обнаружил частицы темной материи

30 октября были объявлены первые результаты LUX — нового эксперимента по поиску частиц темной материи. Статистика, накопленная за три месяца работы, не дает никаких надежных указаний на частицы

Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность

Две главных коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, представили новые результаты по распаду бозона Хиггса на фундаментальные частицы материи — кварки и лептоны. Их совместные данные

Новые данные эксперимента CoGeNT по-прежнему указывают на регистрацию частиц темной материи

Коллаборация CoGeNT — одна из немногих сообщавших ранее о возможном наблюдении частиц темной материи — обновила свои результаты на основе статистики, накопленной уже за три года работы. В новых

Предсказан новый эффект, важный для интерпретации экспериментов по поиску частиц темной материи

В статье, вышедшей в журнале Physical Review Letters, предсказывается, что простой механический эффект — гравитационная фокусировка Солнцем частиц темной материи — может повлиять на интерпретацию

Физика элементарных частиц в 2013 году

Первая фаза работы Большого адронного коллайдера завершена, и в физике элементарных частиц наступила некоторая передышка. На смену лихорадочному анализу данных, которым сопровождался весь 2012 год,
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Шугаринг: плюсы и минусыПреимущества матрасов MatroluxeОсобенности продвижения сайтаПульмонология, лечение в АвстрииКак рождаются самые мощные магниты во ВселеннойУпавший в Коста-Рике метеорит пахнет брюссельской капустойРедчайший метеор: дневные СекстантидыКак заменить реальный срок на ИТР