Kompaktowy elektromagnes Muon
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC)
Rozmieszczenie różnych akceleratorów i detektorów LHC
| |
---|---|
Detektory | |
Częściowo zabudowany:
|
|
Akcelerator wstępny | |
|
Współrzędne: 46 ° 18 ′ 34 " N , 6 ° 4 ′ 37" E ; CH1903: 495106 / 129.583
Compact Muon Solenoid Experiment ( CMS ) jest detektor cząstek w Large Hadron Collider (LHC) w CERN w Szwajcarii . Miejsce eksperymentu to podziemna hala w pierścieniu akceleratorów w pobliżu Cessy we Francji .
Główne cele eksperymentu to:
- odkrycie bozonu Higgsa (osiągnięte) i badania fizyki bozonu Higgsa
- poszukiwanie dowodów na supersymetrię lub, ogólnie rzecz biorąc, wciąż nieznanych cząstek
- badanie zderzeń ciężkich jonów .
Grupa liczy ponad 5800 osób z około 200 instytutów naukowych na całym świecie.
Nazwa czujki opisuje jego konstrukcję:
- zwarty : jego stosunkowo mały rozmiar (kształt cylindryczny, długość 21 m, średnica 15 m, ok. 14 000 ton ) w porównaniu z innymi eksperymentami w LHC
- mion : szczególnie dobrze mierzy ślady mionów
- solenoid : jego silny magnes solenoidowy (długość 13 m, średnica 6 m, gęstość strumienia chłodzonej cewki nadprzewodzącej niobowo - tytanowej max. 4 Tesla ).
Podobnie jak w przypadku większości innych detektorów, magnes umożliwia określenie stosunku ładunku do masy poprzez pomiar krzywizny toru cząstek w polu magnetycznym , podobnie jak w przypadku spektrometru mas .
Rzecznikiem eksperymentu jest obecnie (2018) Joel Butler , wcześniej Tiziano Camporesi , Joe Incandela , Michel Della Negra , Tejinder Virdee i Guido Tonelli . W 2012 roku współpraca CMS była zaangażowana w odkrycie nowego bozonu , którego wyniki pomiarów są zgodne z bozonem Higgsa , wraz z niezależnie działającą drugą dużą współpracą ATLAS . Dokładne właściwości nadal wymagają zbadania.
budowa
Detektor CMS jest zbudowany z kilku warstw, co pozwala na precyzyjny pomiar wszystkich cząstek powstających podczas zderzeń protonów.
Detektor od wewnątrz składa się z następujących elementów:
- Krzemu - pikseli detektora d. H. detektor półprzewodnikowy , który używa się bardzo małych struktur krzemowych do wykrywania cząstek naładowanych. Rozdzielczość przestrzenna zawiera się w zakresie od 0,01 mm.
- Krzemowy detektor taśmowy, który podobnie jak detektor pikseli wykorzystuje krzem jako materiał detekcyjny, ale o gorszej - ale nadal bardzo dobrej - rozdzielczości przestrzennej znacznie lepszej niż 0,1 mm.
- Kalorymetr elektromagnetyczny z wolframianem ołowiu - kryształami do detekcji fotonów i elektronów (lub pozytonów)
- Hadronowy kalorymetr z mosiężnymi płytkami, które naprzemiennie z warstwami scyntylatorów , w celu pomiaru hadronów, takich jak protony, piony lub kaony.
- W jarzmie powrotnym cewki magnesu znajdują się komory mionowe, które są specjalnie zaprojektowane do wykrywania mionów .
montaż
Detektor został najpierw zmontowany i przetestowany w dużej mierze na powierzchni, a następnie opuszczony do jaskini w poszczególnych częściach. Obniżenie dużych części zostało zakończone 22 stycznia 2008 roku.
Podstruktury krzemowego detektora śladów zostały zmontowane i przetestowane na terenie CERN. Transport do Cessy odbył się w grudniu 2007 roku.
Fizyka z detektorem CMS
Standardowy model fizyki cząstek jest sprawdzany za pomocą detektora CMS i wyszukiwane są możliwe elementy fizyczne wykraczające poza model standardowy.
Pochodzenie mas cząstek
Ponieważ elektrosłabych interakcja cechowanie jego interakcji cząstki powinny być bezmasowymi. W rzeczywistości masa jest obserwowana dla bozonów W i bozonów Z. Jednym z możliwych wyjaśnień tego jest mechanizm Higgsa . Masy cząstek są tworzone przez sprzężenie z polem Higgsa. Ten sam mechanizm może nadać masę wszystkim innym cząstkom. Jednym z przewidywań tego opisu jest istnienie co najmniej jednej nowej cząstki - bozonu Higgsa . Współpraca detektora CMS oraz niezależna współpraca ATLAS pozwoliły odkryć nową cząstkę, która jest zgodna z przewidywaniami dotyczącymi bozonu Higgsa we wszystkich mierzonych właściwościach. Dalsze pomiary pozwolą dokładniej określić właściwości, a także zbadać, czy jest to jedyna taka cząstka.
Supersymetria
Możliwe, że istnieje partner supersymetryczny dla każdej znanej cząstki , o innym spinie i różnej masie, ale poza tym podobnych właściwości. Supersymetria wyjaśniłaby kilka otwartych kwestii w fizyce teoretycznej. Jak dotąd (2015) nie znaleziono żadnych supersymetrycznych cząstek partnerskich, ale poprzednie limity wykluczenia zostały znacznie ulepszone.
Naruszenie CP
Naruszenie CP to różnica między materią a antymaterią. Znane różnice są zbyt małe, aby wyjaśnić, dlaczego wszechświat składa się tylko z materii. Nowych źródeł naruszenia CP poszukuje się m.in. w badaniach mezonów B , ale także w rozpadzie bozonu Higgsa i innych cząstek.
Dokładniejszy pomiar modelu standardowego
Model standardowy zawiera kilka dowolnych parametrów, których wartości można określić tylko eksperymentalnie. Są to w szczególności masy cząstek. Ponadto niektóre procesy zachodzące w hadronach, takie jak proton, są trudne do teoretycznego opisu. Ponieważ LHC powoduje zderzenia protonów, ważne jest zrozumienie ich wewnętrznej struktury. Pomiary za pomocą CMS pomagają określić dowolne parametry i dokładniej opisać strukturę protonu.
Dalsza analiza
Oprócz wyżej wymienionych punktów ogniskowych prowadzi się ogólne poszukiwanie nowych rzeczy, na przykład hipotetycznych mikroskopijnych czarnych dziur , grawitonów , cięższych stanów wzbudzonych znanych cząstek lub ogólnie wciąż nieznanych ciężkich cząstek.
linki internetowe
- Strona główna CMS
- CMS na weltmaschine.de - oficjalnej stronie niemieckich badaczy LHC
- Szczegółowy artykuł w CMS o świecie fizyki (w języku niemieckim)
- Struktura detektora CMS (w języku niemieckim)
Indywidualne dowody
- ↑ Nowe wyniki wskazują, że cząstka odkryta w CERN jest bozonem Higgsa | Relacje z mediami i prasą. W: CERN. CERN, 14 marca 2013, dostęp 13 września 2018 .
- ↑ Aneta Iordanova, Heavy-Ion Physics with CMS , Rencontres de Moriond QCD and High Energy Interactions 2008
- ↑ Lista zaangażowanych osób i instytutów , dostęp 2 sierpnia 2015 r
- ↑ The Compact Muon Solenoid Experiment http://www.stfc.ac.uk/ , Science & Technology. Źródło 20 grudnia 2015 r.
- ↑ Zarządzanie CMS , dostęp 13 lutego 2018
- ↑ Raport w CMS Times
- ↑ Wyniki fizyki CMS Supersymmetry. Źródło 22 grudnia 2015 r .
- ↑ ograniczenia dotyczące funkcji dystrybucji partonów protonów ze współpracy Wielkiego Zderzacza Hadronów , MR Sutton, ATLAS i CMS, dostęp 22 grudnia 2015 r.