Физика фундаментальных взаимодействий

Оценка учитывает:
Знание теории (экзамен)
Решение домашних задач
Устный доклад (10 мин с презентацией)

§1. Введение

Фундаментальные взаимодействия – качественно отличающиеся виды взаимодействия элементарных частиц и

Элементарная частица – микрообъект, который пока не удалось разделить на части,

Бозоны – частицы с целым спином.
Фермионы – частицы с полуцелым спином.
Адроны

Теории ФВ

§2. Детекторы частиц

Устройства для измерения траектории, энергии, импульса, заряда, спина и

1. Схема расположения детекторов

2. Вершинный детектор измеряет трек для вычисления вершин – точек рождения

Пиксельный вершинный детектор в ATLAS

Измеряют положение облачка электронов (x,y) в каждом слое (z)

Набор точек (x,y,z)

Вершина должна быть на пересечении треков нескольких частиц:

В пучке

Вне пучка, но

Точность определения вершин ≈ 10 мкм

Толщина пучка в точке столкновения ≈

Чем выше точность определения вершин и чем тоньше пучок в точке

Вершинный детектор VELO (VErtex LOcator) – внутри трубы БАК!

Пододвигается к пучку

Расположение сенсоров VELO

Слои вершинного детектора в CMS

3. Трековый детектор из дрейфовых трубок

Координата частицы определяется по времени дрейфа

KLOE: 52 тыс. трубок

ZD

Трубка имеет несколько слоёв и десятки деталей

Дрейфовая камера Jefferson Lab

Петербургский Институт Ядерной Физики: армирование дрейфовых трубок для БАК

Вклейка трубок

245760 трубок в детекторе
Трек частицы пересекает 32-45 трубок

4. Время-проекционная камера

Это большая дрейфовая труба, в которой след целиком дрейфует

Проекции (r,ϕ) треков на торец камеры

5. Калориметры

По вспышке света: сцинтиллятор – вещество, поглощающее высокоэнергичные фотоны, но

Высокоэнергичные электроны и фотоны передают энергию преимущественно электронам атомов

Электромагнитный ливень —

Высокоэнергичные адроны передают энергию преимущественно адронам ядер

Адронный ливень

5.1 Электромагнитный калориметр

Требования к сцинтиллятору:
Высокая плотность
Прозрачность
Радиационная стойкость: 105 Грей
Быстрое высвечивание (10 нс)

Кристаллы вольфрамита

Требования к фотодетектору:
Радиационная стойкость
Работа в магнитном поле 4 Тл

Наградить НИИ «Электрон»

Приклеивание фотодетекторов к кристаллам

Электромагнитный калориметр CMS

5.2 Адронный калориметр

«Вафля» из металла и сцинтиллятора

Латунные гильзы ВМФ РФ для CMS

Установка адронного калориметра в детектор CMS

6. Детекторы мюонов

Мюоны
тяжёлые ⇒ почти не передают энергию электронам
не адроны ⇒

Слои комплекса CMS

Мюонные камеры чередуются с магнитопроводом

15 тыс. т = 3

В комплексе CMS МП меняет знак ⇒ S – образная траектория

Мюонный детектор в CMS

7. Черенковские детекторы

П.А. Черенков

С.И. Вавилов

Используются для измерения скорости частиц по углу

Аэрогель

RICH1 в LHCb

Комплекс детекторов LHCb

8. Схема БАК

Схема ускорения частиц в БАК

Линейный ускоритель Linac2 – инжектор p+ и ионов свинца в БАК

Протонный суперсинхротрон

Туннель, трубы и техник БАК

Сегмент трубы БАК

Комплекс детекторов ATLAS

8 тороидальных магнитов, окружающих калориметр в ATLAS

Заглушка тороидальных магнитов для ATLAS

Калориметр ATLAS

Зал CMS: 53 м в длину, 27 м в ширину и

Ворота ALICE

ALICE: фотонный спектрометр с 3 584 кристаллами вольфрамата свинца

Фазовая диаграмма ядерной материи

Магниты комплекса LHCb

Цель LHCb – изучение CP-нарушений

Криогенная система БАК

Архив данных на магнитной ленте

Центр управления БАК