検出器

検出器は加速器実験の最も重要な部分です。これは「顕微鏡なら接眼レンズ」であり、物理学者はこの助けを借りて原子核と素粒子の構造を見ることができます。

検出器の内部では、衝突ビームから出た粒子が衝突し、新しい不安定な粒子が生成されます。それらはすぐに、あらゆる方向に散乱し安定した粒子に崩壊します。これらの崩壊生成物は検出器を通過し、検出器内に痕跡を残します。たとえば、途中で物質をイオン化し、特殊なシンチレータを発光させます。これらの痕跡から、物理学者は、それらがどのような種類の粒子であったか、どの角度とエネルギーで飛行したか、どのような電荷と質量を持っていたかなどを知ります。このすべての情報は、互いに層状に配置された検出器のさまざまなコンポーネントによって収集されます。

検出器は、加速器で最大かつ最も複雑な設備です。衝突ビームは検出器内で衝突し、これらの衝突で多くの不安定な粒子が生まれ、あらゆる方向に散乱します。検出器の役割は、これらの粒子を追跡し、その電荷、運動量、およびエネルギーを測定することです。これらすべてのパラメーターを知っていれば、実験者はどのような核内プロセスがそれらを生成したかを判断できます。つまり、理論物理学者の計算を確認できるようになります。検出器は、人が世界の最も奥を見るための「顕微鏡の接眼レンズ」であると言えます。

頂点検出器

頂点検出器は非常にコンパクトな検出器で、真空リングの近く、粒子衝突のすぐ近くに配置されています。その狙いは、放出された粒子の軌道の最初の位置を可能な限り正確に復元し、それらの「頂点」、つまりこれらの粒子が生まれた空間内のポイントを見つけます。この情報は、多数の粒子の生成で特に役立ちます。どの粒子が不安定な中間粒子の崩壊の産物であり、衝突ですぐに生まれたかを調べるために使用できます。

頂点検出器は、電荷ドレイン用の多くのトラックを備えた半導体プレートの薄い「層」のように見えます。荷電粒子がそれを突き抜けると、各層の粒子が通過した場所に、半導体から叩き出された電子雲が現れ、動き始めます。マイクロエレクトロニクスは、発生した電荷を収集し、粒子の通過点を高精度かつ非常に迅速に決定できるようにします。いくつかのそのようなポイントは、粒子の空間軌道を再構築するために使用されます。

トラック検出器

次に来るのは、約1メートルの大きさの飛跡検出器です。放出された粒子 (「トラック」) の軌跡が、検出器を貫通する磁場内でどのように曲がるかを測定します。軌道の曲率半径がわかれば、粒子の運動量を計算できます。ドリフト カメラは、多くの場合、トラック検出器として使用されます。張力がかかっている細いワイヤーは、小さなステップで引き伸ばされます。飛来した粒子によって発生した電荷は、最も近いワイヤに蓄積され、粒子がどこに飛んだかを記録機器に知らせます。多くのワイヤからの信号から、粒子の軌道が形成されます。

衝突で複数の粒子が発生した場合、通常、それらの軌道は簡単に復元されます。しかし、何百もの粒子が上から散乱すると (これは、たとえば、重い原子核の衝突で発生します)、数百のアークの実際の混乱がトラック検出器に表示されます。衝突の瞬間に何が起こったのかを理解するには、すべての軌跡を 1 つに復元し、どのアークがどの粒子に属しているかを調べる必要があります。これは、「生」データを処理するために特別に開発された複雑なアルゴリズムのおかげで実行できます。

熱量計

次は多層熱量計 - 粒子のエネルギーを測定する検出器です。粒子のエネルギーとその運動量がわかれば、相対論的動力学の式を使用してその質量を計算することができます。したがって、この粒子がどのタイプであるかを調べることができます。

粒子が物質に完全に吸収されていれば、粒子のエネルギーを正確に測定できます。このエネルギーの一部は、非常に感度の高い光検出器 (光電子増倍管) を使用して捕捉できる光量子の誕生に費やされ、これを利用して、元の粒子のエネルギーを復元することができます。粒子にほとんど影響を与えない頂点およびトラック検出器とは異なり、熱量計は粒子を完全に吸収します。したがって、熱量計は検出器の外層に配置する必要があります。

引用：

Детектор