ATLAS эксперименті

ATLAS - Женевадағы (Швейцария), Еуропалық Ядролық зерттеулер ұйымының CERN-дағы LHC коллайдеріндегі төрт негізгі эксперименттің бірі болып табылады. Эксперимент протон-протон соқтығысуын зерттеуге арналған детекторда жүргізіледі. LHC коллайдеріндегі басқа эксперименттер ALICE, CMS, TOTEM, LHCb және LHCf болып табылады. ATLAS детекторының өлшемдері: ұзындығы - 46 метр, диаметрі - 25 метр, жалпы салмағы - шамамен 7000 тонна. Жоба әлемнің 35 елінен 165 зертхана мен жоғары оқу орындарынан 2000-ға жуық ғалымдар мен инженерлерді қамтиды. Тәжірибе элементар бөлшектердің, оның ішінде Higgs бозоны және суперсимметриялық серіктестері сияқты аса қарапайым бөлшектерді іздеуге арналған. Физиктер, стандарт модельдың арқасында, АТЛАС және CMS детекторларында жасалған эксперименттер физикаға үлкен үлес қоса алады деген сенімде. ATLAS ынтымақтастығы, яғни детектор құратын және эксперименттер жүргізетін физиктер тобы 1992 жылы құрылған. LHC зерттеу бағдарламасы негізіндегі программалар, EAGLE және ASCOT, күштерін біріктіре отырып жалпы мақсаттағы детекторды құрастырған. АТЛАС-та жүргізілетін тәжірибелер 1994 жылы ұсынылған және 1995 жылы CERN басшылығымен ресми түрде бекітілген. Осы өткен уақыт ішінде, физиктер топтары әртүрлі университеттер мен елдерден ынтымақтастыққа қосылды. ATLAS ынтымақтастығы қазіргі уақытта бөлшектер физикасындағы ең ірі ресми қауымдастықтардың бірі болып табылады. ATLAS детекторын CERN-дағы жер асты торабында жинау 2003 жылы алдыңғы LEP үдеткіші тоқтағаннан кейін басталды. ATLAS көп функциялы детектор ретінде жасалған. Детектордың ортасында үлкен Адрон коллайдерының арқасында қарсы протон сәулелері пайда болған кезде, кең спектрлі энергиялары бар түрлі бөлшектер пайда болады. Арнайы физикалық процесті шоғырландырудың орнына, ATLAS бөлшектердің туылуы мен ыдырауынан сигналдардың кең ауқымын өлшеуге арналған детектор болып табылады. Кез-келген жаңа физикалық процестер мен бөлшектердің алатынын формасына қарамастан, ATLAS оларды анықтауға және олардың қасиеттерін өлшеуге мүмкіндік береді. Теватрон немесе үлкен электронды-позитрон коллайдеры LEP сияқты бұрынғы коллайдерлердегі эксперименттерге ұқсас идеяларға негізделген. Алайда, үлкен адрон коллайдерінің бірегейлігі-теңдесі жоқ энергия мен өте үлкен соқтығысу жиілігі ATLAS-ты әлі күнге дейін салынған детекторларға қарағанда үлкен және күрделі детектор етеді. Шығу тарихы Циклотрон-қарапайым бөлшектердің бірінші үдеткіші, 1931 жылы американдық физик Эрнест Лоуренспен жасалған. Бастапқы кезде радиусы бар болғаны бірнеше сантиметр болған және 1 МэВ энергиясына дейін протондар үдетілген. Содан бері үдеткіштің өлшемдері үлкен мөлшерге дейін өсті. Үдеткіштен үлкен энергияны алу үшін, құрылғының мөлшері үлкен болуы керек. Ал қақтығыстардың үлкен энергиясы ауыр бөлшектерді туғызуға қажет. Қазіргі таңда элементар бөлшектер қатысатын барлық құбылыстарды сипаттайтын толық физикалық теорияны Стандартты модель деп атайды. Жалғыз бозон Хиггсты қоспағанда, стандартты үлгінің барлық бөлшектері эксперименталды байқалды. Гипотетикалық (бүгінгі күні) Хиггс бозоны бөлшектердің массивтілігін түсіндіру үшін стандартты модельде қажет, себебі калибрлеу симметриясы барлық бөлшектердің массасыздық шартын салады. Осы салада жұмыс істейтін физиктердің көпшілігі бозон Хиггстің өзі бірнеше жүз ГэВ-дан ауыр болмайды және 1 ТэВ-ға жуық энергетикалық масштабта Стандартты Модель бұзылуы және дұрыс емес болжамдар беруі тиіс деп санайды. Осы масштабта көрінуі мүмкін физиканы әдетте "стандартты модельден тыс физика" деп атайды (ағылш. Beyond The Standard Model physics). LHC коллайдері бозон Хиггстың қасиеттерін іздеу мен зерттеу және физикада 1 ТэВ масштабында жаңа құбылыстарды іздеу үшін салынған. Теоретиктер ұсынған жаңа физика үлгілерінің көп бөлігі жүздеген ГэВ немесе бірнеше ТэВ массасы бар өте ауыр бөлшектердің болуын болжайды (салыстыру үшін, протон массасы — шамамен 1 ГэВ). Ұзындығы 27 шақырым туннельде протондардың шоғырының соқтығысы болады, бұл жерде әрбір протондардың 7 ТэВ дейін энергиясы бар. Осы зор энергияның арқасында Жойқын жарылыстан кейін алғашқы микросекундтарда табиғатта болған ауыр бөлшектер пайда болады. Үдеткіштерде туылған бөлшектерді бақылау үшін элементар бөлшектер детекторлары қажет. Бөлшектерді табу, олардың массасын, импульстерін, энергиясын және зарядын өлшеу, олардың спиндерін анықтау үшін сәйкес детекторлар салынуы тиіс. Бөлшектер өзара әрекеттесу аймағында пайда болған барлық бөлшектерді анықтау үшін, детекторлар әдетте бірнеше қабат ретінде орналасады. Қабаттар әр түрлі детекторлардан жасалған, олардың әрқайсысы белгілі бір өлшем түрлеріне маманданған. Детектордың әрбір қабатындағы бөлшектерді қалдыратын әртүрлі ерекшеліктер бөлшектерді тиімді сәйкестендіру және энергия мен импульсті дәл өлшеу үшін қолданылады. Үлкен өлшемді үдеткіште пайда болған бөлшектер энергиясы өсе келе, детекторлардың өлшемдері де жоғарылауы тиіс, ол жоғары энергия бөлшектерін тиімді өлшеу үшін және жұтып алу үшін қажет. ATLAS - бұл қазіргі уақытта қарама-қарсы шоқтардың ең үлкен детекторы. Дереккөздер