Experiment ATLAS v CERN. Komplexní soustava (sub)detektorů univerzálního zaměření na urychlovači LHC

Experiment ATLAS v CERN Komplexní soustava (sub)detektorů univerzálního zaměření na urychlovači LHC

Úvod • Co, Kde, Kdy • Fyzikální motivace ( Proč ) – Standardní model je neúplný - Higgs – Narušení elektroslabé symetrie – Existují další kvarky? Mají kvarky strukturu? – víc podrobností o q-g plazmatu – ... • www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/dolejsi/textbook/LHC_CZ.ppt 4dec2012

S.Nemecek: ATLAS - 2012 before Long shut-down

2

3 4dec2012


Chápání vývoje vesmíru Unification ?

Electroweak Transition

15 miliard let 4dec2012


4

Velký třesk •

Vesmír = 1 galaxie(g) až do Hubbla (1925) – rudý posuv; v(g) = H * vzdálenost(g)

• •

Nestacionární řešení Einsteinovy obecné relativity ( E. přidal-ubral konstantu) – vesmír se rozpíná nebo zmenšuje Reliktní záření (1965) + COBE – záření černého tělesa 2.7° K

•

Poměrný výskyt prvků ve vesmíru – H/He = 70% / 30% ( těžké prvky až v jádrech hvězd)

• •

Fire ball: kvark-gluonové plazma ( t < 1E-7s ) „rozdouvání vesmíru“: v(g) roste s časem ( 2011 Nobelova cena ) – temná energie

•

problém horizontu: – ( reliktní záření je izotropní) – řešení = inflace

•

multidimenzionální teorie – svinuté rozměry; vznik vesmíru srážkou membrán řeší temnou energii – možnost prověření pozorováním gravitačních vln

4dec2012


5

4dec2012


6

Dnešní představa o složení vesmíru: 4% / 23% / 73%

4dec2012


7

Experiment ATLAS v CERN • A Toroidal LHC ApparatuS (= ATLAS) • Large Hadron Collider (= LHC) • Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire (= CERN) – ( 1954: Conseil Organisation ) – Dnes: Evropská Laboratoř Částicové Fyziky 4dec2012


8

Large Hadron Collider

CERN Site

Lake of Geneva

CMS

LHCb

ALICE

4dec2012

ATLAS


9

LHC pp

• s = 14 TeV

(7 krát víc, než dosud existující TEVATRON)

• Ldesign = 1034 cm-2 s-1

(~ 100 krát víc než na Tevatronu )

 hledání nových těžkých částic až do hmoty m ~ 5 TeV

 hledání vzácných procesů

malé s (N = Ls )

ATLAS and CMS : pp, obecné zaměření

27 km tunel, v letech 1989-2000 urychlovač LEP (e+e- )

ALICE : těžké ionty 4dec2012

Start (3.5 TeV): Březen 2010 LHCb : S.Nemecek: ATLAS - 2012 before pp, B-fyzika Long shut-down

10

V LHC se V sráží protony

Bunch = balík částic („vagon Metra plný máku“)

23 interakcí při každém prolnutí balíků ( srážce protijedoucích „vagonů“ :

N = L x s (pp)  109 interakcí/s Převážně „měkké“ ( low pT ) případy Zajímavé „tvrdé“ (high-pT ) případy jsou vzácné

Výběr 1 z

4dec2012

S.Nemecek: ATLAS - 2012 before  Potřeba velmi Long shut-down

11

11 sofistikovaného detektoru

LHC jízdní řád pro 2012: V 1380 balíků částic (1/2) 1.2 * 1011 4.0 TeV ~8 1033 Hodně interakcí (mu ~ 30) při prolnutí balíků ( srážce protijedoucích „vagonů“) zapisovat vybrané případy ( ~400 interakcí/s) letos dosud zapsáno 21.5 1/fb Zajímavé „tvrdé“ (high-pT ) případy jsou vzácné

Předpoklad na začátku roku: (5+15) 1/fb (2011+2012) 4dec2012


12 12

ATLAS Collaboration 37 169 3000 (1850

Countries Institutions Scientific participants total with a PhD, for M&O share)

Albany, Alberta, NIKHEF Amsterdam, Ankara, LAPP Annecy, Argonne NL, Arizona, UT Arlington, Athens, NTU Athens, Baku, IFAE Barcelona, Belgrade, Bergen, Berkeley LBL and UC, HU Berlin, Bern, Birmingham, UAN Bogota, Bologna, Bonn, Boston, Brandeis, Bratislava/SAS Kosice, Brookhaven NL, Buenos Aires, Bucharest, Cambridge, Carleton, CERN, Chinese Cluster, Chicago, Chile, Clermont-Ferrand, Columbia, NBI Copenhagen, Cosenza, AGH UST Cracow, IFJ PAN Cracow, UT Dallas, DESY, Dortmund, TU Dresden, JINR Dubna, Duke, Frascati, Freiburg, Geneva, Genoa, Giessen, Glasgow, Göttingen, LPSC Grenoble, Technion Haifa, Hampton, Harvard, Heidelberg, Hiroshima, Hiroshima IT, Indiana, Innsbruck, Iowa SU, Irvine UC, Istanbul Bogazici, KEK, Kobe, Kyoto, Kyoto UE, Lancaster, UN La Plata, Lecce, Lisbon LIP, Liverpool, Ljubljana, QMW London, RHBNC London, UC London, Lund, UA Madrid, Mainz, Manchester, CPPM Marseille, Massachusetts, MIT, Melbourne, Michigan, Michigan SU, Milano, Minsk NAS, Minsk NCPHEP, Montreal, McGill Montreal, RUPHE Morocco, FIAN Moscow, ITEP Moscow, MEPhI Moscow, MSU Moscow, Munich LMU, MPI Munich, Nagasaki IAS, Nagoya, Naples, New Mexico, New York, Nijmegen, BINP Novosibirsk, Ohio SU, Okayama, Oklahoma, Oklahoma SU, Olomouc, Oregon, LAL Orsay, Osaka, Oslo, Oxford, Paris VI and VII, Pavia, Pennsylvania, Pisa, Pittsburgh, CAS Prague, CU Prague, TU Prague, IHEP Protvino, Regina, Ritsumeikan, UFRJ Rio de Janeiro, Rome I, Rome II, Rome III, Rutherford Appleton Laboratory, DAPNIA Saclay, Santa Cruz UC, Sheffield, Shinshu, Siegen, Simon Fraser Burnaby, SLAC, Southern Methodist Dallas, NPI Petersburg, Stockholm, KTH Stockholm, Stony Brook, Sydney, AS Taipei, Tbilisi, Tel Aviv, Thessaloniki, Tokyo ICEPP, Tokyo MU, Toronto, TRIUMF, Tsukuba, Tufts, Udine/ICTP, Uppsala, Urbana UI, Valencia, UBC Vancouver, Victoria, Washington, Weizmann Rehovot, FH Wiener Neustadt, Wisconsin, Wuppertal, Würzburg, Yale, Yerevan

4dec2012


13

ATLAS • Spolupracující instituce z celého světa • Tři hlavní součásti detektoru – Vnitřní detektor – Kalorimetry – Mionový spektrometr s toroidálním magnetem

• První srážky vůbec ( 23nov2009; 14:22) • Srážky pp při 7 TeV( 30mar2010; 12:58) • 2011 = Nabírání dat překročilo 5 krát očekávání, celkem 5/fb) • 2012 = Požadavek nabrat 15/fb (zatím 21/fb) 4dec2012


14

CZ se podílí na

4dec2012


15

Podzemní jeskyně a areál šachty č.1 pro ATLAS

Side C

Délka Šířka Výška 4dec2012

Side A

= 55 m = 32 m = 35 m S.Nemecek: ATLAS - 2012 before Long shut-down

16

[: hermetičnost = Válec+Disk struktura :]

ATLAS

• Dráhy (||<2.5, B=2T) : -- Si pixely a stripy -- Transition Radiation Tracker (e/ separace) • Kalorimetry (||<5) : -- EM : Pb-LAr -- HAD: Fe/scintilátor (= TILECAL ), Cu/W-LAr (fwd) • Muonový Spektrometr (||<2.7) : bezželezný toroidální magnet s muonovými komorami S.Nemecek: ATLAS - 2012 before 4dec2012

Long shut-down

17

4dec2012


18

ATLAS / ID • Vnitřní detektor (ID = válec + disky) – 7 přesných (~10 µm) bodů + ~30 TRT bodů pro rekonstrukci dráhy v mg.poli = hybnost částic, druhotné vrcholy; separace pionu/elektronu

• Tři součásti ID barelu – pixely ( 50x400 µm ) …. 3 válce – stripy ( stereo; 80 µm ) .. 4 válce – TRT ( hodně bodů, menší přesnost, IDENTIFIKACE částic ) 4dec2012


19

Vnitřní Detektor Instalace IBL během LS1

- během prvních srážek po naplnění urychlovače chráněn vypnutým napětím – čeká na „STABLE BEAM“ teprve potom tzv. “teplý start“ 4dec2012


20

Rekonstrukce drah ve vnitřním detektoru

e-

4dec2012

e+

Místo přeměny Gama kvanta na elektron a positron, R=30cm


21

Kalorimetry v ATLASu • Úkoly – Pohlcují všechny částice kromě mionů a neutrin – Měří jejich energii vzorkováním: absorbátor = W,Pb,Cu,Fe + aktivní část = Kapalný Argon(LArg), scintilátor – Rychlá informace z nich umožňuje spuštění celého ATLASu (trigger L1CALO) – Umožňují identifikaci e/jety/fotony, separaci neutrálního pionu/fotonu

• Dělení – válcový / diskový (EC) / dopředný (FCAL) – elektromagnetický (EM) / hadronový (H) – Larg ( 3 kryostaty ) / Tile

• Průchod všech kabelů, kapalin,.. pro vnitřní detektor rozděluje válcovou část na fixní „barrel“ a pohyblivé „extended barrels“ 4dec2012


22

Kalorimetry • Měří energii a směr letu nabitých i neutrálních částic destruktivní metodou – primární částice je zcela pohlcena v detektoru • Částice vytvářejí elmg a/nebo hadronové spršky, nakonec je energie spotřebována na ionizaci nebo excitaci materiálu detektoru • Typy kalorimetrů: – homogenní (pouze elmg): detekuje se celá sprška, tvořený krystaly

– sendvičový (sampling): „vzorkovací“ tvořený střídajícími se vrstvami absorbátoru a aktivního média (sběr signálu), detekujeme tedy jen část spršky => dodatečné fluktuace při sběru signálu

4dec2012


23

LAr and Tile Calorimeters Tile barrel

Tile extended barrel

LAr hadronic end-cap (HEC)

LAr EM end-cap (EMEC)

LAr EM barrel LAr forward calorimeter (FCAL)

4dec2012


24

Kalorimetr TileCAL fyzik ~ mnich ? 18 years of fruitful collaboration with our Czech friends... !

Some 10 years ago …

4dec2012Some 9 years ago S.Nemecek: ATLAS - 2012 before Some 8 years ago … (assembly ended 21apr 2003 )…Long shut-down

25

Kryostat s diskovými ( EM+H) a dopřednými kalorimetry během zasunování

ATLAS side A (with the calorimeter end-cap partially inserted, the LAr end-cap is filled with LAr) 4dec2012


26

ATLAS / mionový spektrometr • Úkoly – Rychlá informace z něho umožňuje spuštění celého ATLASu (LVL1 muon trigger) – Měří ( i samostatně) velmi přesně hybnost mionů = rekonstrukce dráhy v mg. poli

• Dělení – válcový =vnitřní, střední a vnější vrstva / diskový = malá a velká kola + fixní komory na zdech jeskyně – přesné měření souřadnice (80µm) = MDT + CSC / přesné měření času (4ns) = RPC, TGC

MDT = monitorované driftové trubky RPC = Resistive Plate Chamber CSC = Cathode Strip Chambers TGC = Thin Gap Chambers

4dec2012


27

ATLAS

Forward muon spectrometer (5 layers of 4dec2012 ATLAS - 2012 before precision and trigger S.Nemecek: Long shut-down chambers) -> Big Wheels

Barrel muon spectrometer (3 layers of precision and trigger chambers)

Forward muon spectrometer (2 layers of precision and trigger chambers) -> Small Wheels 28

ZOO částic Ef.hmota dvou opačně nabitých mionů

4dec2012


29

kandidát na Higgse: H->ZZ*-> 4μ

4dec2012


30

Objev bosonu

4dec2012


31

PRO PRÁCI „ON LINE“ http://atlas.web.cern.ch/Atlas/Visits/resources/smartboard/presentation /long/slides/slide14.html#SlideFrame_1

4dec2012


32

Experiment ATLAS v CERN. Komplexní soustava (sub)detektorů univerzálního zaměření na urychlovači LHC

Recommend Documents