CMS (πείραμα)

Το πείραμα CMS προέρχεται από το όνομα του ανιχνευτή Compact Muon Solenoid ο οποίος μεταφράζεται  ως Συμπαγές Μιονικό Σωληνοειδές. Πρόκειται για ένα από τα πειράματα της σωματιδιακής φυσικής του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN. 
Ο ανιχνευτής CMS είναι τοποθετημένος μέσα σε μια υπόγεια σήραγγα στο γαλλικό χωριό Cessy, κοντά στα σύνορα με την Ελβετία, στην περιοχή της Γενεύης. Είναι μια σύμπραξη μεταξύ περισσοτέρων από 3.800 επιστήμονες, από 43 χώρες, οι οποίοι εργάζονται σε 199 επιστημονικά ιδρύματα. Ο ανιχνευτής έχει κυλινδρικό σχήμα μήκους 21 μέτρων και διαμέτρου 16 μέτρων και ζυγίζει περίπου 12.500 τόνους.

Ιστορικό πλαίσιο

Ένας άλλος ανιχνευτής, ο ATLAS, ο οποίος ενεργοποιήθηκε για πρώτη φορά στο CERN, στις 20 Νοεμβρίου 2006, χτίστηκε σε αντιδιαμετρική θέση στο δακτύλιο του LHC και μελετάει τα ίδια φαινόμενα φυσικής με τον CMS αλλά με διαφορετικές τεχνολογίες ανίχνευσης. Ο ATLAS και ο CMS έχουν ανταγωνιστική σχέση αλλά συγχρόνως αλληλοσυμπληρώνονται για τη διασταύρωση μετρήσεων ακριβείας και σημαντικών ανακαλύψεων.
Ιστορικά, οι δυο αυτοί ανιχνευτές διαδέχονται τους ανιχνευτές CDF και του DO του Tevatron (ένας επιταχυντής πρωτονίων-αντιπρωτονίων που βρίσκεται στην Fermilab, κοντά στο Σικάγο και ο οποίος λειτούργησε από το 1983 μέχρι το 2011.)

Στόχοι

Ο CMS είναι ένας ανιχνευτής γενικής χρήσης για την μελέτη των όψεων των συγκρούσεων πρωτονίων και βαρέων ιόντων που προκαλούνται από τον επιταχυντή LHC.
Οι κυριότεροι στόχοι του πειράματος είναι:
-να επιβεβαιώνει με ακρίβεια μετρήσεις σχετικά με το Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής
-να ανακαλύψει το μποζόνιο του Χιγκς, στόχος που επιτεύχθηκε το 2012
- να εξερευνήσει την φυσική στη κλίμακα των Tev. 
-να αναζητήσει ενδείξεις της φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο, όπως αυτές της υπερσυμμετρίας
-να μελετήσει το πλάσμα των κουάρκ και  γκλουονίων μέσα από τις συγκρούσεις βαρέων ιόντων. Ένα άλλο πείραμα του LHC, το Alice είναι αφιερωμένο σε αυτή την μελέτη.

Κατασκευή

To CMS είναι ένας ανιχνευτής μεγάλου μεγέθους, τεράστιας πολυπλοκότητας, αποτελούμενος από πολλά στρώματα, σχεδιασμένα το καθένα για ένα συγκεκριμένο σκοπό. Κατασκευάστηκε στην επιφάνεια σε 15 μεγάλες φέτες-τμήματα και πολλά μικρότερα κομμάτια ενώ διαφορετικά υποσυστήματά του δημιουργούν στρώματα γύρω από τον κεντρικό σωλήνα της δέσμης. Στην συνέχεια οι φέτες κατέβηκαν με ειδικό γερανό 100 μέτρα υπογείως στο χώρο του πειράματος όπου συναρμολογήθηκαν. Το κεντρικό στοιχείο που περιελάμβανε έναν μαγνήτη ζύγιζε περίπου 2000 τόνους. Το τελευταίο στοιχείο της κατασκευής του CMS κατέβηκε  στις 22 Ιανουαρίου 2008.

Δομή του ανιχνευτή

Όπως οι περισσότεροι ανιχνευτές της φυσικής των σωματιδίων, το  CMS αποτελείται απο διαφορετικά υπο-συστήματα τα οποία είναι σχεδιασμένα να μετρήσουν τον τύπο των σωματιδίων, την θέση, την ενέργεια και την ποσότητα της κίνησης των φωτονίων, ηλεκτρονίων, μιονίων και άλλων φαινομένων (πίδακες αδρονίων) που παράγονται κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων.
Αποτελείται από αρκετά στρώματα, από το κέντρο προς τα έξω:
-έναν ανιχνευτή τροχιών από πυρίτιο  
-έναν ηλεκτρομαγνητικό θερμιδομετρητή  (ECAL) ο οποίος αποτελείται από περίπου 80.000 κρυστάλλους από κράμα μολύβδου-βολφραμίου (PbWO4)
-έναν αδρονικό θερμιδομετρητή (HCAL) ο οποίος αποτελείται από παρεμβαλλόμενα στρώματα πυκνού υλικού (ορείχαλκο ή χάλυβα), εναλλασσόμενα με πλαστικούς σπινθηριστές ή κρυσταλλικές ίνες
-έναν υπεραγώγιμο σωληνοειδή μαγνήτη μήκους 13 μέτρων και διαμέτρου 6 μέτρων, ο οποίος παράγει ένα πεδίο έντασης 4Τ. Το μαγνητικό αυτό πεδίο κάμπτει τις τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων, επιτρέποντας το διαχωρισμό τους και τη μέτρηση της ορμής τους.
-θαλάμους μιονίων, στα εξωτερικά του μαγνήτη. Τα μιόνια είναι τα σωματίδια που μπορούν να διασχίσουν τα διαφορετικά στρώματα ανιχνευτών και να φτάσουν στους ανιχνευτές που είναι απομακρυσμένοι από το σημείο σύγκρουσης.