ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΕΚΛΑΪΚΕΥΣΗΣ

INTERNATIONAL PARTICLE PHYSICS OUTREACH GROUP (IPPOG)

...πίσω στον κατάλογο των άρθρων

Οι ανιχνευτές σωματιδίων είναι τα εργαλεία που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να ερευνήσουν τα συστατικά της ύλης.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ

Οταν έχουμε δύο σωματίδια μεγάλης ενέργειας να συγκρούονται τότε μπορούν να δημιουργηθούν οι ειδικές συνθήκες που χρειαζόμαστε είτε για να εξερευνήσουμε την δομή της ύλης είτε για να δημιουργηθεί νέα μορφή ύλης. Για να παρατηρήσουμε και να αναγνωρίσουμε είτε τα γνωστά σωματίδια είτε τις νέες μορφές ύλης, χρειαζόμαστε πολύ εξειδικευμένους ανιχνευτές. Ο ανιχνευτής που βρίσκεται κοντά στο σημείο σύγκρουσης μπορεί να "δει" τις τροχιές των σωματιδίων που παράγονται από την σύγκρουση.

Οι σημερινοί ανιχνευτές είναι σύνθετοι και περιλαμβάνουν πολλά επιμέρους τμήματα ανιχνευτών. Οι σκοποί του συνθέτου ανιχνευτικού συστήματος είναι οι εξής:

• να αναγνωρίσουν τα σωματίδια

• να μετρήσουν την ενέργειά τους

• να μετρήσουν την διεύθυνσή τους.

Ξέροντας το είδος των παραγομένων σωματιδίων, την ενέργεια και την διεύθυνσή τους μπορούμε να εξάγουμε συμπεράσματα για τα μυστικά του μηχανισμού σύγκρουσης και για την δομή της ύλης.

Τα επιμέρους τμήματα του ανιχνευτή είναι τοποθετημένα σε τέτοια στρωματική διάταξη ώστε τα παραγόμενα σωματίδια να διασχίζουν τα διαφορετικά στρώματα. Το κάθε επιμέρους τμήμα του ανιχνευτή συνήθως επιτελεί και ένα εξειδικευμένο έργο. Συνδιάζοντας την πληροφορία από όλα τα επιμέρους τμήματα μπορούμε να ανακατασκευάσουμε την λεπτομερή εικόνα για το τι συνέβη στην σύγκρουση των σωματιδίων. Υπάρχουν τρία κύρια είδη ανιχνευτών:

Ανιχνευτές τροχιών για να υπολογίσουν/ανακατασκευάσουν τις τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων που τους διασχίζουν.

Θερμιδόμετρα (καλορίμετρα) για να υπολογίσουν την ενέργεια των ουδετέρων και φορτισμένων σωματιδίων. Συχνά τα θερμιδόμετρα σταματούν τα σωματίδια (απορροφούν την ενέργειά τους). Διαφορετικά είδη θερμιδομέτρων χρησιμοποιούνται για ηλεκτρόνια και φωτόνια και διαφορετικά για πρωτόνια, νετρόνια και πιόνια ή άλλα σωματίδια φτιαγμένα από quark (αδρόνια).

Ανιχνευτές μιονίων για να ανιχνεύσουν τα μιόνια. Συνήθως τα μιόνια - επειδή είναι τα σωματίδια που μπορούν να διασχίσουν τα διαφορετικά στρώματα ανιχνευτών και να φτάσουν στους ανιχνευτές που είναι απομακρυσμένοι από το σημείο σύγκρουσης - εκδηλώνουν την παρουσία με ένα σήμα σε ένα εξωτερικό ανιχνευτή. Τα νετρίνα, είναι τα μόνα σωματίδια που διαφεύγουν από όλους τους ανιχνευτές και ο μόνος τρόπος διαπίστωσης της παρουσίας τους είναι από την μη διατήρηση εισερχομένης/εξερχομένης ενέργειας και ορμής./p

Συνήθως στην περιοχή των ανιχνευτών υπάρχει και ένα μαγνητικό πεδίο που καμπυλώνει τις τροχιές των σωματιδίων και επιτρέπει έτσι την μέτρηση της ορμής τους.

Πιό κάτω βλέπετε μια σχηματική εικόνα του πώς διαφορετικά σωματίδια αλληλοεπιδρούν με διαφορετικά τμήματα του ανιχνευτή:

Για να καταλάβει κανείς τις τροχιές που ακολουθούν τα σωματίδια μέσα στον ανιχνευτή, σας δείχνουμε μία κάθετη διατομή ενός ανιχνευτή (κάθετα στο σωλήνα από όπου πέρασαν οι δέσμες των συγκρουομένων σωματιδίων). Παρατηρήστε τα διαφορετικά μέρη όπου διαφορετικά σωματίδια θα ανιχνευθούν:

Η όλη πληροφορία των ανιχνευτών καταγράφεται ηλεκτρονικά και ανακατασκευάζεται με υπολογιστές. Οι εικόνες που ακολουθούν είναι παραδείγματα ανακατασκευασμένων αντιδράσεων.
Ζ⁰ διασπάσεις.
Για περισσότερες πληροφορίες ή εικόνες γεγονότων:
Hands-on CERN
Hands-on universe

(για το άρθρο αυτό χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από τις παραπάνω δυό διευθύνσεις)

Χ. Κουρκουμέλη, Α. Καθηγήτρια Φυσικού Τμήματος Πανεπιστημίου Αθηνών, email: hkourkou[at]atlas.uoa.gr

...πίσω στον κατάλογο των άρθρων