Θα εξετάσουμε τις τροχιές των σωματιδίων που κατέγραψε το πείραμα  OPAL στο  CERN. Το πείραμα αυτό είναι ένα από τα τέσσερα που είχαν τοποθετηθεί στον Μεγάλο Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων  LEP (the Large Electron-Positron collider), που είναι ο μεγαλύτερος στον κόσμο επιταχυντής.

Ο ανιχνευτής του πειράματος OPAL έχει σχήμα σχεδόν κυλινδρικό. Τα σωματίδια παράγονται στη διεύθυνση του άξονα του κυλίνδρου και κινούνται προς τα έξω. Κατά την κίνησή τους, τα σωματίδια διαπερνούν διάφορους τύπους ανιχνευτών που είναι τοποθετημένοι με τη μορφή ομοαξονικών κυλίνδρων. Κάθε είδος σωματιδίου αφήνει διαφορετικό ίχνος στους διάφορους ανιχνευτές και αυτό ακριβώς επιτρέπει την αναγνώρισή τους. Πληροφορίες για το πείραμα μπορείς να βρείς εδώ.

Ας δούμε ένα παράδειγμα αλληλεπίδρασης. Η εικόνα παρακάτω δείχνει πώς φαίνεται το γεγονός από τη μια βάση του κυλινδρικού ανιχνευτή. Επομένως, οι διάφοροι ανιχνευτές που είναι τοποθετημένοι σε ομοαξονικούς κυλίνδρους παρουσιάζονται ως ομόκεντροι κύκλοι.

Οι εισερχόμενες δέσμες των ηλεκτρονίων και των ποζιτρονίων κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις πάνω στον άξονα του κυλίνδρου (στην εικόνα η κατεύθυνση αυτή αντιστοιχεί στην ευθεία που είναι κάθετη στην οθόνη του υπολογιστή σου και περνά από το κέντρο των κύκλων).

Όψη από τη βάση

Πηγαίνοντας από μέσα προς τα έξω, ο πρώτος ανιχνευτής καταγράφει τροχιές που παράγονται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια (η μωβ γραμμή στην εικόνα αντιστοιχεί σε φορτισμένο σωματίδιο). Ίσως μπορείς να παρατηρήσεις ότι η τροχιά του κάμπτεται ελαφρά. Αυτό οφείλεται στο ότι υπάρχει μαγνητικό πεδίο (στην εικόνα το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στην οθόνη). Μετρώντας με μεγάλη ακρίβεια την καμπυλότητα κάθε  τροχιάς μπορούμε  να υπολογίσουμε την ορμή του αντίστοιχου σωματιδίου.

Κατά τη διαδρομή προς τα έξω το σωματίδιο συναντά το λεγόμενο "ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο". Κατά την αλληλεπίδραση με τα άτομα του ανιχνευτή το σωματίδιο χάνει ενέργεια. Ο ανιχνευτής καταγράφει τη συνολική ενέργεια που άφησε το σωμαμτίδιο στο πέρασμά του (γι' αυτό και ο ανιχνευτής ονομάζεται θερμιδόμετρο). Στην εικόνα, η αποτιθέμενη ενέργεια καταγράφεται με τη μορφή κίτρινων ορθογωνίων.

Στην εικόνα χρησιμοποιείται ένας χρωματικός κώδικας που υποδεικνύει την ορμή του φορτισμένου σωματιδίου και την ενέργεια που εναποτέθηκε. Η κλίμακα στο κάτω μέρος της εικόνας δείχνει ποιο χρώμα αντιστοιχεί σε ποια περιοχή ενέργειας/ορμής. Δηλαδή, το κόκκινο αντιστοιχεί σε ένα εύρος ενέργειας/ορμής από 0 έως 0.5 GeV, το κίτρινο από 0.5 έως 1.0 GeV κ.λπ. Πάνω από 16 GeV χρησιμοποιείται το άσπρο χρώμα. Έτσι λοιπόν, μπορείς να δεις ότι η τροχιά του σωματιδίου αντιστοιχεί σε μια ορμή 4-8 GeV, ενώ η ενέργεια στο θερμιδόμετρο είναι 0.5-1.0 GeV.

Πολλά σωματίδια χάνουν όλη την ενέργειά τους μέσα στο θερμιδόμετρο οπότε και σταματούν. Στην εικόνα όμως, το σωματίδιο διασχίζει το ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο και μπαίνει στον επόμενο ανιχνευτή που είναι το "αδρονικό θερμιδόμετρο". Η ενέργεια που αφήνει το σωματίδιο εδώ φαίνεται ως μωβ ορθογώνια και σταυροί.

Σχεδόν όλα τα σωματίδια εναποθέτουν την ενέργειά τους στο αδρονικό θερμιδόμετρο και σταματούν. Αλλά  και πάλι, το σωματίδιο στην εικόνα μας έχει διαπεράσει το αδρονικό θερμιδόμετρο και συνεχίζει τη πορεία του προς τους επόμενους ανιχνευτές, τους "θαλάμους μιονίων". Οι κίτρινοι σταυροί είναι η καταγραφή της διέλευσης από αυτόν τον ανιχνευτή. Το μιόνιο είναι το μόνο σωματίδιο που είναι ικανό να διαπεράσει τα θερμιδόμετρα και να αφήσει ίχνος στους θαλάμους μιονίων.

Πολλές φορές είναι χρήσιμο να έχουμε μια εικόνα του ανιχνευτή από τα πλάγια. Παρακάτω, η εικόνα δείχνει το ίδιο γεγονός από αυτή την οπτική γωνία.

Πλάγια όψη

Βλέποντας τα διάφορα ίχνη που αφήνουν τα σωματίδια στον ανιχνευτή θα προσπαθήσουμε να διακρίνουμε αν είναι μιόνιο, ηλεκτρόνιο ή αδρόνιο. Κάνε κλικ στους παρακάτω συνδέσμους για να δεις πώς διαφέρουν το ένα από το άλλο.

μερικά ακόμα γεγονότα με μιόνιο
γεγονότα με ηλεκτρόνιο
γεγονότα με αδρόνιο

Αν έχεις κατανοήσει τον τρόπο να αναγνωρίζεις τις τροχιές που προκαλούν τα διάφορα σωματίδια, παρακαλώ:
κάνε κλικ εδώ για να προχωρήσεις στο επόμενο κεφάλαιο: Δοκιμασία Ι

Πίσω στη βασική σελίδα με τα περιεχόμενα