Πίδακες: Πώς τους ανιχνεύουμε

Ένας πίδακας (jet) είναι μία καλά ευθυγραμμισμένη ομάδα σωματιδίων της οποίας ο ευκολότερος τρόπος παραγωγής στο CDF είναι όταν ένα κουάρκ ή ένα γλουόνιο εκκρούεται από κάποιο πρωτόνιο κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης σωματιδίων με υψηλή ενέργεια. Το κουάρκ, ή το γλουόνιο, δεν μπορεί να υπάρξει σαν ελεύθερο σωματίδιο: η ισχυρή αλληλεπίδραση το αναγκάζει να βρίσκεται δέσμιο εντός ενός αδρονίου- ένα παρατηρήσιμο σωματίδιο όπως το πρωτόνιο ή το νετρόνιο (τα οποία είναι ευσταθή αδρόνια) ή ένα πιόνιο, καόνιο, κτλ (τα οποία είναι ασταθή και διασπώνται πολύ γρήγορα σε ελαφρύτερα σωμάτια). Το κουάρκ ή το γλουόνιο που φεύγει από το πρωτόνιο διασπάται εκ νέου σε καινούρια αδρόνια, τα οποία συνεχίζουν την πορεία τους μαζί, ενώ μοιράζονται την ενέργεια και την ορμή του σώματος από το οποίο προήλθαν.

Για την ανίχνευση ενός πίδακα απαιτείται η μέτρηση του ηλεκτρονικού σήματος που εναποτίθεται στα υψηλής-τάσης αγώγιμα καλώδια, τα οποία βρίσκονται εντός κατάλληλων μειγμάτων αερίων, όταν τα φορτισμένα σωμάτια του πίδακα περνάνε από κοντά τους. Μέσω αυτής της διαδικασίας είμαστε σε θέση να ανακατασκευάσουμε τις τροχιές των σωματιδίων, εφόσον υπάρχουν αρκετές τέτοιες μετρήσεις κατά μήκος της διαδρομής του σωματιδίου. Αλλιώς, μπορούμε να ανιχνεύσουμε το φως που απελευθερώνεται από παλμούς σπινθηριστών (scintillating pulses) όταν ένα φορτισμένο σωμάτιο διασχίζει ένα σπινθηροβόλο υλικό. Αλλά η μέτρηση της ενέργειας του πίδακα, που είναι και το πιο σημαντικό κομμάτι, απαιτεί να καταστραφούν τα σωματίδια από τα οποία αποτελείται (και τα φορτισμένα, αλλά και τα ουδέτερα), κάτι το οποίο επιτυγχάνεται βάζοντας τα να περάσουν μέσα από μεγάλες ποσότητες βαρέος υλικού, με αποτέλεσμα την δημιουργία ακόμα περισσότερων σωματιδίων: από την συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των δευτερευόντων σωματιδίων και της ενέργειας των αρχικών σωματιδίων, η τελευταία μπορεί πλέον να μετρηθεί.

Cdf03_1

Η παραπάνω εικόνα δείχνει πώς ανιχνεύεται ένα φορτισμένο σωματίδιο σε έναν θάλαμο εντοπισμού (tracking chamber). Το σωματίδιο ιονίζει το αέριο και ηλεκτρόνια πηγαίνουν προς τα υψηλού δυναμικού σύρματα, αφήνοντας εκεί ένα σήμα υποδεικνύοντας, έτσι, το σημείο από όπου πέρασε το σωματίδιο. Από πολλές τέτοιες μετρήσεις, η πορεία του σωματιδίου μπορεί να ανακατασκευαστεί με εξαιρετική ακρίβεια. Στο CDF ο θάλαμος εντοπισμού βρίσκει αρκετές δεκάδες τέτοια σημεία κατά μήκος κάθε τροχιάς.

Jets02

Όπως φαίνεται παραπάνω σχηματικά, ο ανιχνευτής του CDF -που δεν διαφέρει από τους περισσότερους σύγχρονους ανιχνευτές αυτού του είδους- έχει έναν εσωτερικό ανιχνευτή εντοπισμού (inner tracking detector), ο οποίος βρίσκει την τροχιά που ακολουθούν τα φορτισμένα σωμάτια και ο οποίος περιβάλλεται από το καλορίμετρο. Το τελευταίο είναι υπεύθυνο για τη μέτρηση του πίδακα: φορτισμένα κι ουδέτερα σωματίδια πέφτουν πάνω σε άτομα μολύβδου ή σιδήρου του καλοριμέτρου, δημιουργώντας πολλά άλλα σωματίδια- κυρίως ελαφριά αδρόνια όπως πιόνια ή καόνια, αλλά επίσης και πρωτόνια, νετρόνια, ή φωτόνια – χάνοντας παράλληλα κινητική ενέργεια. Είναι το συλλογικό σήμα από το πέρασμα όλων αυτών των σωμάτων μέσα από το σπινθηροβόλο υλικό, που γεμίζει τα κενά ανάμεσα στα φύλλα σιδήρου ή μολύβδου στο καλορίμετρο, αυτό που μας δίνει τη μέτρηση της ενέργειας.

Και μια λέξη για τα μιόνια: όπως φαίνεται στο παραπάνω σχεδιάγραμμα, τα μιόνια είναι ιδιαίτερα ως προς το γεγονός πως μπορούν να διασχίζουν τόνους υλικού χωρίς να καταστρέφονται σε μετωπικές συγκρούσεις με ένα βαρύ άτομο. Για να τα εντοπίσουμε, τοποθετούμε θαλάμους καλωδίων (wire chambers) γύρω από το καλορίμετρο, σε βάθος όπου μόνο τα μιόνια θα μπορούσαν να έχουν επιβιώσει.

Αρχικό Άρθρο:
http://qd.typepad.com/6/2005/01/jets_how_we_det.html
9/1/2005

Δείτε εδώ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον ανιχνευτή του CDF, που από τον Σεπτέμβριο του 2011, μαζί με το Τevatron, έχει πάψει να λειτουργεί.

About qdsgreek

Greek version of "A Quantum Diaries Survivor" blog
This entry was posted in Πείραμα. Bookmark the permalink.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s