Кіріспе

Физикада герметикалық детектор (сонымен қатар 4π детекторы деп аталады) - бұл жанартаудағы субатомдық бөлшектердің өзара әрекеттесуінің барлық ықтимал ыдырату өнімдерін өзара әрекеттесу нүктесі айналасындағы мүмкіндігінше үлкен аумақты алып, бірнеше суб-детекторларды қосу арқылы бақылауға арналған бөлшектік детектор. Олар, әдетте, цилиндр тәрізді, әр түрлі детекторлар бір-біріне концентрикалық қабаттармен оралған; әрбір детектор түрі белгілі бір бөлшектерге маманданған, сондықтан кез-келген бөлшекті байқайды және анықтайды. Мұндай детекторлар "герметикалық" деп аталады, өйткені олар бөлшектердің қозғалысы камераның шекарасында тоқтап, тығыздауларға байланысты одан әрі қозғалмайтындай етіп жасалынады. "4π детекторы" деген атау мұндай детекторлар өзара әрекеттесу нүктесі айналасындағы қатты бұрыштың 4π стеридиандарының барлығын жауып алу үшін жасалғандықтан келеді. Бәсекелесу физикасында қолданылатын стандартты координаттар жүйесі бойынша бұл азимуталық бұрыш пен псевдожиілділіктің бүкіл ауқымын қамтуға тең. Байқауға болатын псевдожылдамдық диапазондарының бұл шегі детектордың қабылдауының бір бөлігі болып табылады (яғни ол байқауға қабілетті фазалық кеңістіктің диапазоны); Жалпы алғанда, герметикалық детектордың негізгі жобалау мақсаты қабылдауды барынша арттыру, яғни детектордың мүмкіндігінше үлкен фазалық кеңістікті өлшеуге қабілетті екенін қамтамасыз ету. Бірінші осындай детектор Стэнфордтың сызықтық акселератор орталығында Mark I болды, ал негізгі дизайн барлық кейінгі коллайдер детекторларында қолданылды. Mark I-ді жасаудан бұрын, бөлшектердің ыдырауының көпшілігі салыстырмалы түрде төмен көлденең импульске ие болады деп ойланды (яғни импульс сәуле сызығына перпендикуляр), сондықтан детекторлар тек осы аймақты ғана қамти алады. Алайда Mark I және одан кейінгі тәжірибелерде жарылғыштардағы негізгі бөлшектердің өзара әрекеттесуі өте үлкен энергия алмасуды қамтиды және сондықтан үлкен көлденең моменттер жиі кездеседі; осы себепті үлкен бұрыштық қамту заманауи бөлшектер физикасы үшін маңызды. Соңғы герметикалық детекторларға Фермилабтың Теватрон үдеуіндегі CDF және DØ детекторлары, сондай-ақ CERN LHC-дегі ATLAS және CMS детекторлары жатады. Бұл машиналар герметикалық құрылымға ие, өйткені олар жалпы мақсаттағы детекторлар, яғни олар жоғары энергия физикасындағы құбылыстардың кең ауқымын зерттей алады. Әсіресе арнайы детекторлардың герметикалық құрылымы міндетті емес; мысалы, LHCb тек алдыңғы (жоғары псевдожиілділік) аймағын қамтиды, өйткені бұл физика бағдарламасы үшін ең қызықты фазалық кеңістікті қамтиды.

Құралымдары

Герметикалық детектордың үш негізгі компоненті бар. Ішкі жағынан, біріншісі - зарядталған бөлшектердің импульсін өлшейтін магнит өрісімен қисықтаған кездегі қозғалыс импульсі. Бұдан кейін бір немесе бірнеше калориметрлер бар, олар көп зарядталған және бейтарап бөлшектердің энергиясын тығыз материалға сіңіру арқылы өлшеуге мүмкіндік береді, ал калориметрлер арқылы тоқтатылмаған және әлі де анықталатын бөлшектердің бір түрін өлшейтін мюон жүйесі. Әрбір компонентте бірнеше түрлі мамандандырылған кіші компоненттер болуы мүмкін.

Трекерлер

Детектордың магнит өрісі Лоренц күші арқылы оның қозғалысына перпендикуляр бағытта жылдамдату арқылы бөлшектің айналуына себеп болады. Трекерлік жүйе магнит өрісі арқылы қозғалғанда, осындай зарядталған бөлшектің соңынан ілейтін спиральді, оны ғарышқа, әдетте, кремнийді байқайтын материалдың ұсақ сегменттелген қабаттарында орналастыра отырып, сыздайды. Бөлшектің қисықтық радиусы оның сәулеге перпендикуляр импульсіне (яғни көлденең импульсі немесе) формулаға сәйкес пропорционалды (бөлшектің заряды қайда және магниттік индукция қайда), ал сәуле осі бағытында қозғалу дәрежесі оның сол бағыттағы импульсін береді.

Калориметрлер

Калориметрлер бөлшектерді баяулатады және олардың энергиясын материалға сіңіреді, осылайша энергияны өлшеуге мүмкіндік береді. Олар көбінесе екі түрге бөлінеді: электромагниттік әсерлесетін бөлшектерді сіңіруге маманданған электромагниттік калориметр және күшті ядролық күш арқылы әсерлесетін адрондарды анықтайтын адрондық калориметр. Атап айтқанда, ауыр бейтарап бөлшектерді анықтау үшін адрондық детектор қажет.

Мюондық жүйе

Барша белгілі тұрақты бөлшектердің ішінде тек мюондар мен нейтринолар калориметр арқылы энергиясының көп бөлігін немесе барлығын жоғалтпай өтеді. Нейтриноларды жанартаулаушы эксперименттерде тікелей байқауға болмайды, өйткені олардың гадрондық заттармен өзара әрекеттесу қимасының өте кішкентай болуы (мысалы, детектор жасалған), және олардың болуы оқиғадағы барлық басқа бөлшектер есепке алынғанда есептелетін "жоғалған" (тігінен өтетін) энергиядан тұжырымдалуы керек. Алайда мюондарды (жүктелген) калориметрден тыс қосымша бақылау жүйесімен өлшеуге болады.

Бөлшектерді анықтау

Көптеген бөлшектердің әр детектордың ішкі жүйесінде қалған сигналдық ерекше комбинациялары бар, бұл әртүрлі бөлшектерді анықтауға мүмкіндік береді. Мысалы, электрон зарядталған және электромагниттік өзара әрекеттеседі, сондықтан оны трекер қадағалайды, содан кейін оның барлық энергиясын (электромагниттік) калориметрге салады. Ал фотондар нейтралдық болып, электромагниттік әсер етеді, сондықтан олар өз энергиясын калориметрге із қалдырмай салады.