Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Физикалық бөлшектерді зерттеу жобасы (1983–2011)
Particle physics research project (1983–2011)
DØ эксперименті (кейде D0 эксперименті немесе DZero эксперименті деп жазылады) – материяның негізгі табиғатын зерттеуге қатысқан ғалымдардың бүкіл әлемдік ынтымақтастығы болды. DØ – Иллинойс штатының Батавия қаласындағы Фермилабтағы Теватрон коллайдерінде орналасқан екі ірі эксперименттің бірі (екіншісі – CDF эксперименті). Теватрон 1983 жылдан 2009 жылға дейін әлемдегі ең жоғары энергиялы үдеткіші болды, содан кейін оның энергиясы Ұлы адрондық коллайдермен басып өтілді. DØ эксперименті 2011 жылы Теватрон тоқтатылғанда деректерді жинауды тоқтатты, бірақ деректерді талдау әлі де жалғасуда. DØ детекторы Фермилабтың DØ құрастыру ғимаратында сақталып, қоғамдық саяхаттар үшін тарихи көрме ретінде ұсынылады. DØ зерттеулері жоғары энергиядағы протон және антипротонның өзара әрекеттесуін дәл зерттеуге бағытталған. Бұл соқтығысулар энергияның массаға айналуы арқылы туындаған көптеген жаңа бөлшектерді құрайтын "оқиғаларға" әкеледі (E=mc2 қатынасына сәйкес). Зерттеулер ғаламның құрылымының құрауыштар туралы субатомдық ақпаратты іздеуді қамтиды.
The DØ experiment (sometimes written D0 experiment, or DZero experiment) was a worldwide collaboration of scientists conducting research on the fundamental nature of matter. DØ was one of two major experiments (the other was the CDF experiment) located at the Tevatron Collider at Fermilab in Batavia, Illinois. The Tevatron was the world's highest energy accelerator from 1983 until 2009, when its energy was surpassed by the Large Hadron Collider. The DØ experiment stopped taking data in 2011, when the Tevatron shut down, but data analysis is still ongoing. The DØ detector is preserved in Fermilab's DØ Assembly Building as part of a historical exhibit for public tours. DØ research is focused on precise studies of interactions of protons and antiprotons at the highest available energies. These collisions result in "events" containing many new particles created through the transformation of energy into mass according to the relation E=mc2. The research involves an intense search for subatomic clues that reveal the character of the building blocks of the universe.
Шолу
1981 жылы Fermilab директоры Леон М. Ледерман "шағын топпен салынған қарапайым детектор" үшін алдын ала ұсыныстар сұрады. Бұл детектор Теватрон сақинасындағы "DØ" өзара әрекеттесу аймағында орналасатын және Фермилабтағы жоспарланған коллайдер детекторын толықтыратын еді. Он бестен астам топ ұсыныс берді. Бұл ұсыныстардың үшеуі Пол Граннистің жетекшілігімен біріктіріліп, 1983 жылдың 1 шілдесінде ресми түрде жұмысын бастады. Топ 1984 жылдың қарашасында жобалық есеп дайындады. Детектор 1991 жылы аяқталды, 1992 жылдың ақпанында Теватронға орналастырылды және 1992 жылдың мамырында алғашқы соқтығысуын тіркеді. Ол 1992 жылдан 1996 жылға дейін деректерді жинады, содан кейін жақсарту жұмыстары үшін жабылды. Екінші рет 2001 жылы іске қосылып, 2011 жылдың қыркүйегіне дейін жалғасты. 2019 жылға қарай деректерді талдау әлі де жүргізілуде. DØ эксперименті – халықаралық ынтымақтастық, шаңырағында 88 университет пен 21 елдің ұлттық зертханаларынан 650-ге жуық физик болды. Ол Теватронда айналып жүрген протон мен антипротонның соқтығысуын зерттеді, бұл бөлшек физикасының Стандартты моделінің көптеген аспектілерін тексеруге мүмкіндік берді. DØ детекторы протон және антипротон сәулелері соқтығысқан аймақты қоршап тұрған бірнеше біріктірілген субдетекторлардан тұрды. Субдетекторлар миллионнан астам электрондық каналдардан дерек жинап, цифрлық форматқа аударды және оффлайн талдау үшін сақтады. Протон мен антипротон сәулелерінің секундына 10 миллионға жуық соқтығысуы тексеріліп, одан әрі зерттеу үшін секундына 500-ге дейін соқтығысу тіркелді.
In 1981, Fermilab director Leon M. Lederman asked for preliminary proposals for a "modest detector built by a modestly sized group" that would be located at the 'DØ' interaction region in the Tevatron ring and complement the planned Collider Detector at Fermilab. More than fifteen groups submitted proposals. Three of these proposals were merged into one effort under the leadership of Paul Grannis, which officially began on July 1, 1983. The group produced a design report in November 1984. The detector was completed in 1991, it was placed in the Tevatron in February 1992, and observed its first collision in May 1992. It recorded data from 1992 until 1996, when it was shut down for major upgrades. Its second run began in 2001 and lasted until September 2011. As of 2019, data analysis is still going on. The DØ experiment is an international collaboration that, at its peak, included about 650 physicists from 88 universities and national laboratories from 21 countries. It studied the collisions between the protons and antiprotons circulating in the Tevatron to test many aspects of the Standard Model of particle physics. The DØ detector consisted of several nested subdetector groups surrounding the region where the beam protons and antiprotons collided. The subdetectors provided over a million channels of electronics that were collected, digitized and logged for off line analyses. About 10 million collisions of the proton and antiproton beams were inspected every second, and up to 500 collisions per second were recorded for further studies.
Физика зерттеулері
DØ өзінің ғылыми зерттеулерін алты физика тобында жүргізді: Хиггс, Топ, Электроәлсіз, Жаңа құбылыстар, КҚС және B физикасы. Олардың әрқайсысында маңызды табыстарға қол жеткізілді.
DØ conducted its scientific studies within six physics groups: Higgs, Top, Electroweak, New Phenomena, QCD, and B Physics. Significant advances were made in each of them.
Хиггс бозоны
Кейінгі жылдары DØ экспериментінің негізгі физикалық мақсаттарының бірі Стандартты модельде болжанған, бірақ массасы белгісіз Хиггс бозонын іздеу болды. 2000 жылы қорытынды шығару алдында, ЦЕРН-дегі LEP эксперименттері 114,4-тен кіші массасы бар Хиггс бозонының бар екенін жоққа шығарды. 2010 жылы DØ және CDF тыйым салынған аймақты 160-қа жуық мәнді қамтиғанға дейін кеңейтті. 2012 жылдың 2 шілдесінде, ЦЕРН-де Хиггс бозонының ашылғаны туралы хабарлама күтіп, DØ және CDF ынтымақтастықтары Хиггс бозондарының басым b кварк соңғы күйіне ыдырауының дәлелдерін (шамамен үш стандартты ауытқумен) жариялады, бұл бөлшектің массасы 115 және 135 ГэВ/c² аралығында екенін көрсетті. 2012 жылдың 4 шілдесінде ЦЕРН-нің ATLAS және CMS эксперименттері 125 ГэВ/c² массасы бар Хиггс бозонын тапқандарын жариялады. Теватрон экспериментінде Хиггс бозонын іздеу үшін жасалған әдістер, кейінгі LHC талдаулары үшін негіз болды.
In later years, one of the main physics goals of the DØ experiment was the search for the Higgs boson, which was predicted to exist by the Standard Model, but with an unknown mass. Before they concluded in 2000, the LEP experiments at CERN had ruled out the existence of such a Higgs boson with a mass smaller than 114.4. In 2010 DØ and CDF extended the forbidden region to include a window around 160. On July 2, 2012, anticipating an announcement from CERN of the discovery of the Higgs boson, the DØ and CDF collaborations announced their evidence (at about three standard deviations) for Higgs bosons decaying into the dominant b quark final states, which indicated that the particle had a mass between 115 and 135 GeV/c2. On July 4, 2012, CERN's ATLAS and CMS experiments announced their discovery of the Higgs boson with a mass of 125 GeV/c2. The techniques developed at the Tevatron for the Higgs boson searches served as a springboard for subsequent LHC analyses.
W және Z бозондары
Әлсіз ядролық күшті тасымалдайтын W және Z бозондарының қасиеттері Стандартты модельдің ішкі үйлесімділігінің сезімтал көрсеткіштері болып табылады. 2012 жылы DØ эксперименті W бозонының массасын 0,03%-дан жақсы салыстырмалы дәлдікпен өлшеді, соның нәтижесінде жаңа физиканың көптеген әлеуетті модельдері жоққа шығарылды. DØ және CDF эксперименттері Z бозондарының ыдырауындағы алға-артқа асимметрияны (оң ыдырау лептондарының теріс ыдырау лептондарына қарағанда кіріс протон бағытына жиірек жақын пайда болу бейімі) өлшеу үшін біріктірілді. Осы асимметрия өлшемдерінен электроәлсіз симметрияның бұзылуын және оның жеке электромагниттік және әлсіз күштерге бөлінуін анықтайтын әлсіз араласу бұрышы 0,15%-дан жақсы дәлдікпен өлшенді. Бұл нәтиже CERN және SLAC электрон-позитрон коллайдерлеріндегі эксперименттермен салыстырмалы дәлдікке ие және бұл өлшемдер арасындағы ұзақ жылдар бойы сақталған қайшылықты шешуге көмектеседі.
The properties of the W and Z bosons that transmit the weak nuclear force are sensitive indicators of the internal consistency of the Standard Model. In 2012, DØ measured the W boson mass to a relative precision of better than 0.03%, ruling out many potential models of new physics. The DØ and CDF experiments combined to measure the forward backward asymmetry in the decays of Z bosons (the tendency of positive decay leptons to emerge closer to the incoming proton direction more often than negative decay leptons). From these asymmetry measurements, the weak mixing angle governing the breaking of the electroweak symmetry into distinct electromagnetic and weak forces was measured to a precision of better than 0.15%. This result has comparable precision to electron positron collider experiments at CERN and SLAC and helps to resolve a long standing tension between those measurements.
Төменгі және шарм кварктары
Бекжиндегі KEK, SLAC және Бейжіңдегі IHEP-тегі B фабрикасының эксперименттері және CERN-дегі LHCb эксперименті b немесе c кварктерін қамтитын адрондарды зерттеудің көптеген аспектілеріне басымдық берсе де, DØ эксперименті мюондарға ыдырау арқылы көрінетін барлық ауыр дәмді адрондарды қамтитын үлкен үлгілерді пайдалану арқылы маңызды үлес қосты. 2006 жылдың шілдесінде DØ ынтымақтастығы (коллаборациясы) Bs мезонының (анти-b кваркі мен жат кваркін қамтитын) антибөлшекке айналуының алғашқы дәлелін жариялады. Бұл ауысу секундына шамамен 20 триллион рет жүреді. Егер Стандартты модельдегіден басқа жаңа бөлшектер болғанда, бұл көрсеткіш өзгеретін еді. 2010 жылдың 14 мамырында DØ ынтымақтастығы протон-антипротон соқтығысуларында пайда болатын b және anti b кварктерінің теріс зарядталған жұпқа қарағанда оң зарядталған мюон жұптарын жиірек құратындығын хабарлады. Бұл тенденция, сондай-ақ бір мюондық асимметрияның өлшемдері, материяның ғаламдағы басымдығына жауапты материя-антиматерия асимметриясын түсіндіруге көмектеседі. Алайда, Үлкен адрондық соққыштықтағы физиктердің эксперименттік нәтижелері "Стандартты модельден айырмашылықтың маңызды еместігін" көрсетті. 2007 жылдың 12 маусымында DØ ынтымақтастығы "Physical Review Letters" журналына 5,774 массасы бар, протон массасынан шамамен алты есе ауыр Ξb деп аталатын жаңа бөлшектің ашылғанын жариялаған мақала ұсынды. Ξb барионы төменгі, жат және төменгі кварктерден тұрады, бұл оны материяның барлық үш буынынан кварктерден құрылған алғашқы байқалған барион етеді. Мюррей Гелл-Манн мен Джордж Цвайгтың бастапқы кварк гипотезалары екі кварк пен екі антикварктан тұратын экзотикалық мезонның (жақсырақ айтқанда, тек кварк пен антикварктан емес) болу мүмкіндігін атап көрсетті. Мұндай мысалдар 40 жылдан кейін, экзотикалық мезонның ерекше ауыр b және c кварктерін қамтитын жағдайларда байқалды. DØ осы ауыр дәмді экзотикалық күйлерді түсінуге жаңа үлес қосты.
Although the B factory experiments at KEK, SLAC and IHEP in Beijing and the LHCb experiment at CERN have dominated many aspects of the study of hadrons containing b or c quarks, DØ has made notable contributions using large samples containing all heavy flavor hadrons that can be seen through their decays to muons. In July 2006, the DØ collaboration published the first evidence for the transformation of the Bs meson (containing an anti b quark and a strange quark) into its antiparticle. The transition occurs about 20 trillion times per second. If there were new particles beyond those in the Standard Model, this rate would have been modified. On May 14, 2010, the DØ collaboration announced a tendency for b and anti b quarks produced in proton antiproton collisions to lead to a pair of positively charged muons more frequently than a negatively charged pair. This tendency, together with measurements of single muon asymmetries, could help explain the matter antimatter asymmetry responsible for the dominance of matter in the universe. Experimental results from physicists at the Large Hadron Collider, however, have suggested that "the difference from the Standard Model is insignificant." On June 12, 2007, the DØ collaboration submitted a paper to Physical Review Letters announcing the discovery of a new particle called the Ξb (pronounced "zigh sub b") with a mass of 5.774, approximately six times the mass of a proton. The Ξb baryon is made of a down, a strange and a bottom quark, making it the first observed baryon formed of quarks from all three generations of matter. The original quark hypotheses by Murray Gell Mann and George Zweig noted that exotic mesons containing two quarks and two antiquarks (instead of just a quark and antiquark) are possible. Examples were finally observed 40 years later in cases where the exotic meson contains the more distinctive heavy b and c quarks. DØ has contributed new understanding of these heavy flavor exotic states.
Қатты күш
Кванттық хромодинамика (КХД) – күшті өзара әрекеттесу теориясы, онда кварктар мен глюондар электромагнетизмдегі электр зарядына ұқсас, "түс" деп аталатын кванттық қасиет арқылы өзара әрекеттеседі. КХД реактивті ағындардың (шашыраған кварктардан немесе глюондардан пайда болған бөлшектердің шоғырланған шашырауы), фотондар және W немесе Z бозондарының пайда болуын сандық түрде болжайды. D0 теориялық болжамдармен сәйкес, сәуле энергиясы, реактивті ағын энергиясы және реактивті ағын өндіріс бұрышына тәуелді реактивті ағын өндірісін зерттейтін бірнеше мақала жариялады. 2012 жылы DØ-ның ерекше нәтижесі – үлкен шашырау бұрыштарында пайда болған өте жоғары энергиялы реактивті ағындардың өлшенуі болды. Бұл, протон мен антипротон әдетте ондаған кварктар мен глюондардан тұрса да, жеке кварктар олардың туынды протонның немесе антипротонның энергиясының жартысынан астамын алып жүретін жағдайларда болады. Өлшеулер болжамдармен толық сәйкес келді. Бір протон-антипротон соқтығысында кварктар мен глюондардың екі тәуелсіз шашырауынан туындаған екі жұп реактивті ағын немесе фотондар байқалған жарияланымдар сериясында, осы көрсеткіштердің үлгісі протон ішіндегі глюондардың кеңістіктік мөлшері кварктарға қарағанда кіші екенін көрсетті.
Quantum chromodynamics (QCD) is the theory of the strong interaction, in which quarks and gluons interact through a quantum property, analogous to electric charge for electromagnetism, called "color." QCD makes quantitative predictions for the production of jets (collimated sprays of particles evolved from scattered quarks or gluons), photons and W or Z bosons. D0 published a seminal series of papers investigating jet production as a function of beam energy, jet energy, and jet production angle consistent with theoretical predictions. A noteworthy result in 2012 from DØ was the measurement of very high energy jets produced at large scattering angles. This occurs when single quarks carry more than half of the energy of their parent proton or antiproton, despite the fact that the proton and antiproton are typically built from dozens of quarks and gluons. The measurement was in excellent agreement with predictions. In a series of publications in which two pairs of jets or photons stemming from two independent scatterings of quarks and gluons within a single proton antiproton encounter were observed, the pattern of these rates indicated that the spatial extent of gluons within the proton is smaller than that for quarks.
Детектор
DØ детекторы бірнеше "ішкі детекторлардан" тұрды, олар соқтығысу нүктесін қоршап тұрған үш қабатқа топтастырылған. Ең ішкі қабат – суперөткізгіш магнитте орналасқан іздеу детекторларынан тұратын Орталық Іздеу Жүйесі. Бұлардың айналасында екінші қабат орналасқан, ол электрондардың, фотондардың және адрондардың энергиясын өлшеп, шашыраған кварктар мен глюондардан туындаған бөлшектердің "ағындарын" анықтаған калориметрлерден тұрады. Үшінші қабат, мюондық жүйе, мюондарды анықтау үшін магниттелген қатты темір магниттерге дейін және кейін орналасқан іздеу камералары мен сцинтилляторлық панельдерден тұрды. Детектордың барлығы радиациялық қорғаныс ретінде қызмет еткен бетон қабырғаның артында орналасқан. Детектордың көлемі шамамен 10м × 10м × 20м, ал салмағы шамамен 5500 тоннаны құрады. Қазіргі таңда ол Fermilab DØ құрастыру ғимаратында қоғамдық тарихи көрменің бір бөлігі ретінде сақтаулы.
The DØ detector consisted of several "sub detectors," which were grouped into three shells surrounding the collision point. The innermost shell was the Central Tracking System consisting of tracking detectors enclosed in a superconducting magnet. These were surrounded by a second shell consisting of calorimeters that measured the energy of electrons, photons, and hadrons and identified "jets" of particles arising from scattered quarks and gluons. The third shell, the muon system, had tracking chambers and scintillator panels before and after magnetized solid iron magnets to identify muons. The whole detector was enclosed behind a concrete block wall which acted as radiation shields. The detector measured about 10m × 10m × 20m and weighed about 5,500 tons. It is preserved in Fermilab's DØ Assembly Building as part of a public historical exhibit.
Орталық бақылау жүйесі
Орталық бақылау жүйесінде зарядталған бөлшектердің траектория позицияларын өлшеуге арналған екі субдетектор және траекторияларды иілуге мәжбүр ететін магнит өрісі болды, осылайша олардың импульстарын өлшеуге мүмкіндік берді. Силиконды микрожолақты тежегіш Теватрон сәуле құбырларының сыртында орналасқан. Сәулелерге концентрлі бес цилиндр және сәулелерге перпендикуляр жолақтары бар 16 диск зарядталған траектория координаттарын дәл өлшеуді қамтамасыз етті. Бұл бөлшектердің импульстарын анықтауға және бастапқы соқтығысу нүктесінен шыққан бөлшектерді тау-лептон және төменгі кварктары бар адрон сияқты ыдыраудан бұрын белгілі бір қашықтықты жүргендерден ажыратуға көмектесті. Ол шамамен 800 000 50 микрон ені бар кремний жолақтарынан тұрады, траектория орнын шамамен 10 микронға дейін өлшеуге қабілетті. Кремний детекторларының сыртқы радиусы олардың жоғары құнына байланысты 10 см-ге дейін шектелген. Силиконды микрожолақты тежегіш 2001 жылы басталған Tevatron Run II коллайдер бағдарламасы үшін детекторға орнатылды. Ол 2002 жылдың сәуір айында толыққанды жұмыс істеуге көшті. Силиконды тежегіштен тыс, цилиндрлі сцинтилляциялық талшықты тежегіш сәуле бойымен 20 және 52 см аралығында, сондай-ақ 2,5 м радиалды аймақты алып жатты. Бөлшектер 835 микрон диаметрі бар сегіз қабатты сцинтилляциялық талшықтардан өтті. Бұл талшықтар бөлшектер олардың ішінен өткенде фотондарды тудырды. 75 000-нан астам талшықтан тұратын әрбір талшықтың жарығы электрондық сигналдарды жасайтын қатты күйдегі сенсорларға жіберілді, олар цифрлық түрде өңделді және тіркелді. Талшықты тежегіштің кеңістіктік дәлдігі шамамен 100 микронды құрады. Талшықты тежегіштің сыртында орналасқан супепроводникті соленоидты магнит кремний және талшықты тежегіш көлемінде 2 Т магнит өрісін жасады.
The central tracking system had two subdetectors for measuring charged particle track positions and a magnetic field to cause tracks to bend, thereby allowing a measurement of their momenta. The silicon microstrip tracker was located just outside the Tevatron beam pipes. Five barrels concentric with the beams and 16 disks with strips perpendicular to the beams provided precision measurements of charged track coordinates. These helped to determine particle momenta and to distinguish those particles that emerged from the primary collision point from those that traveled a finite distance before decaying, like tau leptons and hadrons containing bottom quarks. It consisted of about 800,000 silicon strips of 50 micron width, capable of measuring track location to about 10 microns. The outer radius of the silicon detectors was limited to 10 cm due to their high cost. The silicon microstrip tracker was installed in the detector for the Tevatron Run II collider program, which began in 2001. It was fully functional by April 2002. Outside the silicon tracker, the cylindrical scintillating fiber tracker occupied the radial region between 20 and 52 cm and 2.5 m along the beam line. Particles traversed eight layers of 835 micron diameter scintillating fibers. These fibers produced photons when a particle passed through them. Light from each of the more than 75,000 fibers was transmitted to solid state sensors that created electronic signals that were digitized and logged. The fiber tracker spatial precision was about 100 microns. A superconducting solenoid magnet was located just outside the fiber tracker created a 2 T magnetic field in the silicon and fiber tracker volume.
Калориметр
Калориметр жүйесі үш сынамалық калориметрден (цилиндрлі орталық калориметр және екі аяқ калориметрі), интеркриостат детекторынан және душ алды детекторынан тұрды. Калориметрлер мен олармен байланысты қосалқы детекторлардың міндеті электрондардың, фотондардың, зарядталған және бейтарап адрондардың энергиясын өлшеу болды. Бұл, бөлшектердің тығыз инертті материалдың бірнеше қабаттарынан өтіп, олармен әрекеттесіп, екіншілік бөлшектерді тудыру арқылы жүзеге асырылды. Мұндай барлық екіншілік бөлшектер душ деп аталады. Алғашқы бөлшектің энергиясы көптеген, әлдеқайда төмен энергиялы душ бөлшектері арасында бөлісілді, олар соңында тоқтады, осы сәтте душ аяқталды. Инертті материал қабаттарының арасында бөлшектердің иондануын өлшейтін детекторлар орналастырылған. Душ бойынша жиналған иондану сигналының жалпы қосындысы алғашқы бөлшектің энергиясына пропорционалды. Соленоидтан сыртқа орналасқан цилиндрлі қабатты душ алды детекторы, талшықты трекер сенсорларымен оқылды. Сол сияқты душ алды детекторлары трекинг аймағының шеттерін жапты. Соленоидтағы материал, қорғасын жамылғыларымен бірге, бастапқы электрондар мен фотондардың екіншілік бөлшектер душын тудыруын қамтамасыз етті. Осылайша, душ алды детекторы калориметрияның бірінші сатысы болды және бөлшектің соқтығысқан жерінің нақты орнын анықтады. Сыртқы орталық калориметр және соленоидты жабатын екі аяқ калориметрі электромагниттік бөлшектер мен адрондарды өлшеуге арналған жеке бөлімдерді қамтыды. Инертті сіңіргіш пластиналар үшін уран өте жоғары тығыздығына байланысты таңдалды. Белсенді кеңістіктерде сұйық аргон болды, ал өтетін бөлшектердің иондануын жинау үшін мыс электродтарының ұсақ сегменттелген жазықтықтарына күшті электр өрісі қолданылды. Бұл сигналдар 50 000 сигналға біріктіріліп, бөлшектердің энергиясын және душтың көлденең және бойлық пішінін өлшеді, бұл бөлшектердің түрін анықтауға көмектесті. Әр калориметр шамамен алпыс уран-сұйық аргон модулінен тұрды, олардың жалпы салмағы 240-300 тоннаға жетеді. Калориметрдің жалпы қалыңдығы шамамен 175 см болды, бұл соқтығысудан туындаған ең жоғары энергиялы бөлшектердің душын толық сіңіру үшін қажет болды. Сұйық аргон температурасында (190 °C) модульдерді ұстауға қажетті тот баспайтын болаттан жасалған ыдыстар салыстырмалы түрде қалың болғандықтан, криостат қабырғаларындағы энергия жоғалтуын түзету үшін орталық және аяқ калориметрлері арасына сцинтилляциялық детекторлар орналастырылды. Калориметрияның басты міндеттерінің бірі – джеттерді анықтау, яғни кварктар мен глюондар соқтығысқан жерінен шыққан бөлшектердің шашырауы. Джеттерді анықтау және олардың бағыттары мен энергиясын өлшеу талдауларға негізгі соқтығысудағы кварктар мен глюондардың импульсын қайта құруға мүмкіндік береді.
The calorimeter system consisted of three sampling calorimeters (a cylindrical Central Calorimeter and two End Calorimeters), an intercryostat detector, and a preshower detector. The job of the calorimeters and associated subdetectors was the measurement of energies of electrons, photons, and charged and neutral hadrons. This was achieved when incident particles traversed multiple layers of dense inert material in which they interacted and created secondary particles. All such secondary particles are called a shower. The energy of the progenitor particle was shared among many shower particles of much lower energy that ultimately stopped, at which point the shower ended. Between the layers of the inert material there were detectors in which the ionization of the particles was measured. The total ionization signal summed over the shower is proportional to the energy of the progenitor particle. A cylindrical layer of scintillator based preshower strips was placed immediately outside the solenoid and read out with fiber tracker sensors. Similar preshower detectors capped the ends of the tracking region. The material in the solenoid augmented with lead sheets caused primary electrons and photons to begin a shower of secondary particles. The preshower detector was thus the first stage of the calorimetry and gave a precise location of the particle impact point. A central calorimeter outside and two end calorimeters capping the solenoid contained separate sections for measuring electromagnetic particles and hadrons. Uranium was chosen for the inert absorber plates owing to its very high density. The active gaps contained liquid argon with a strong electric field applied to collect the ionization of traversing particles on finely segmented planes of copper electrodes. These signals were ganged into 50,000 signals that measured the particle energies and the transverse and longitudinal shower shapes which helped identify the particle type. Each calorimeter contained about sixty uranium liquid argon modules with a total weight of 240 to 300 metric tons. The total thickness of a calorimeter was about 175 cm so as to fully absorb the showers of the most energetic particles from a collision. The stainless steel vessels needed to contain the modules at liquid argon temperature ( 190 C) were relatively thick, so scintillation detectors were inserted between central and end calorimeters to correct for energy lost in the cryostat walls. A primary task for the calorimetry is identification of jets, the sprays of particles created as quarks and gluons escape from their collision point. Jet identification and measurement of their directions and energies allow analyses to recreate the momenta of the underlying quarks and gluons in the primary collision.
Мюонды детектор
Детектордың ең сыртқы қабығы мюондарды анықтауға арналған. Жоғары энергиялы мюондар өте сирек кездеседі, сондықтан олар қызықты столкновенийдің нақты белгісі болып табылады. Көптеген бөлшектерден өзгеше, олар калориметрлерде жұтылмады, демек калориметрлерден кейін байқалған іздер мюондар болғанға ұқсайды. Сцинтилляторлық жазықтықтар қызықты оқиғаларды анықтауға мүмкіндік беретін жылдам сигналды қамтамасыз етті. Қатты темір магниттердің алдында бір және кейін екі станциясы мюондардың траекторияларын тіркеді. Үлкен орталық магниттің темірі ғарыштағы радиациялық зақымдануды модельдеу үшін құрастырылған NASA циклотронынан алынған.
The outermost shell of the detector was for muon detection. High energy muons are quite rare and are thus a telltale sign of interesting collisions. Unlike most particles, they did not get absorbed in the calorimeters, so tracks observed beyond the calorimeters were most likely muons. Scintillator planes provided a fast signature used to flag interesting events. One station of tracking chambers before and two stations after solid iron magnets record the muon tracks. The iron of the large central magnet was reclaimed from a NASA cyclotron built to simulate radiation damage in space.
Триггер және DAQ
Детекторда әр секунд сайын шамамен 10 миллион протон-антипротон соқтығысуы орын алды. Бұл есептеу мүмкіндіктерінен әлдеқайда асып түсетіндіктен, осы оқиғалардың тек бір бөлігін ғана секунд сайын таспаға сақтауға болады. Сондықтан, қандай оқиғалар "қызықты" екенін анықтап, оларды таспаға жазып, қайсысын тастауға болатындығын анықтайтын күрделі деректерді жинау (DAQ) жүйесі іске асырылды. Триггерлік жүйе электрондық сигналдарды пайдаланып, электронды, мюонды, фотонды, жоғары энергиялы ағындарды немесе ыдыраудан бұрын белгілі бір қашықтықты жүзіп өткен бөлшектерді қамтитын қызықты оқиғаларды анықтады. Бірінші триггер деңгейі әр субдетектордан келетін жылдам электрондық сигналдарды пайдаланып, бірнеше микросекунд ішінде деректерді алуды тоқтатып, сигналдарды цифрландыруды шешті. 1-деңгейлі 10 000-ға жуық триггер қабылданды. Екінші триггер деңгейі бірнеше субдетекторлардың цифрланған сигналдарын біріктіріп, оқиға профилін қалыптастыру үшін таңдауды жетілдірді, бұл үміткер оқиғалар тобын секундына 1000 оқиғаға дейін қысқартты. Үшінші деңгейде компьютерлер тобы цифрлық ақпаратты толық офлайн компьютерлік кодтың қысқартылған нұсқасында талдады, нәтижесінде секундына 100 оқиғаға дейін тұрақты түрде жазылып, кейіннен үлкен офлайн компьютерлер тобында талданады. Триггерлік жүйенің жұмысы сақталған оқиғалардың санын барынша арттыру және оларды жинау кезінде туындайтын өлі уақытты азайту арасындағы нәзік тепе-теңдік болды. Ол берік және сенімді болуы керек еді, өйткені миллиондаған оқиғалар триггермен таңдалмаған жағдайда мәңгілікке жоғалып кететін еді.
Approximately 10 million proton antiproton collisions happened every second in the detector. Because this far exceeded computing capabilities, only a fraction of these events could be stored on tape per second. Therefore, an intricate Data Acquisition (DAQ) system was implemented that determined which events were "interesting" enough to be written to tape and which could be thrown out. The trigger system used the electronic signals to identify events of interest, such as those containing electrons, muons, photons, high energy jets, or particles that traveled some distance before decaying. The first trigger level used the fast electronic signals from each subdetector to decide within a few microseconds whether to pause data taking and digitize the signals. About 10,000 such Level 1 triggers were accepted. A second trigger level refined the selection using the digitized signals from several subdetectors in combination to form a more nuanced event profile, reducing the candidate event pool to 1000 events per second. In the third level, a farm of computers analyzed the digital information in a stripped down version of the full offline computer code to yield up to 100 events per second to be permanently recorded and subsequently analyzed on large offline computer farms. The operation of the trigger system was a delicate balance between maximizing the number of events saved and minimizing the dead time incurred while collecting them. It had to be robust and reliable, as the millions of events not selected by the trigger were lost forever.