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紧凑μ子线圈

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LHC.svg
大型強子對撞機
LHC 子實驗
ATLAS 超環面儀器
CMS 緊湊緲子線圈
LHC-b LHCb
ALICE 大型離子對撞機實驗
TOTEM 全截面彈性散射偵測器
LHC 次級加速器
p and Pb 質子離子直線加速器
(未標記) 質子同步推進器
PS 質子同步加速器
SPS 超級質子同步加速器
緊湊緲子線圈實驗團隊總部。
攝於2002年,組裝真空腔時的情況
攝於2001年,建造中的底蓋鐵芯

緊湊緲子線圈CMSCompact Muon Solenoid),瑞士歐洲核子研究組織CERN大型強子對撞機計劃的兩大通用型粒子偵測器中的一個。直至2006年,已有約2300位來自159個不同的研究機構的科學家,共同參與建設。CMS 將建在法國Cessy的地下洞穴中,剛好跨過瑞士日內瓦的邊境。完成後的偵測器將是一個長約21公尺,直徑約16公尺的筒狀的結構,重量達12500公噸(這也是其名稱的由來)。

實驗目標[编辑]

CMS 實驗的主要目標包含了:

重點特色[编辑]

CMS 偵測器的特色在於:

  • 相對小型的尺寸
  • 強力磁場線圈
  • 為追蹤緲子軌跡最佳化

偵測器概觀[编辑]

CMS 是設計成一個通用型的偵測器,用來研究LHC加速器所提供的 14 TeV 質心能量下質子對撞的物理。其子偵測器包含了用來量測在對撞後所產生的光子, 電子, 緲子等粒子的能量動量的設備。位於最內層的偵測器為由矽晶片所構成的軌跡追跡系統。環绕其外的則是由閃爍體所構成,用來量測能量的電磁量能器(electromagnetic calorimeter),與之外三明治結構的強子取樣量能器(sampling calorimeter)。由於追跡系統與量能器的緊湊型設計,CMS 用來產生 4 T(特斯拉)的強力磁場線圈可以將上述兩偵測器包覆於其中。於線圈外的則是大型的緲子偵測器,同時包夾於構成磁場線封閉循環的鐵芯(return york)之中。如此構成 CMS 的全名:緊湊緲子線圈

CMS 偵測器的結構。其中位於筒狀結構的下方,有一般成人的高度可作為比例尺。(HCAL=強子量能器,ECAL=電磁量能器)

路徑探測器[编辑]

路徑探測器(Tracker)的功用是記錄帶電粒子的飛行軌跡。由於帶電粒子在磁場中會受勞侖茲力影響而轉彎,因此藉由軌跡可回推帶電粒子的動量(路徑越彎,動量越少),而粒子的動量大小對於研究粒子的性質有很大的影響。CMS的路徑探測器是由純製作,可分為Pixel和Strips。

Pixel位於最內三層,每個元件大小為100μm×150μm,由於單位元件夠小,Pixel能給定相當精確的路徑起始點。 在三層Pixel外的是Strips,共有十層。內四層每個元件大小為10cm×180μm,外六層每個元件大小為25cm×180μm。Strips的功用主要是給出粗略的路徑位置。由三層Pixel加上十層Strips,共十三個點,可決定一條相當清楚的路徑。

電磁量能器[编辑]

CMS 的電磁量能器 (Electromagnetic CALorimeter, ECAL)使用了約 80,000 支晶體所構成,晶體的特色為高密度與高透光度,類似於一般常見的鉛玻璃。當電子光子穿過晶體的時候,會與材料發生反應,由制動輻射與粒子對生湮滅造成所謂的簇射 (radiation shower) 現象。這個釋放出來的能量,會使得晶體中的電子躍遷而發光,然後由附於晶體表面的光偵測器所量測,轉換成的電子訊號經校正後可以用來推估原入射粒子能量大小。

磁鐵[编辑]

CMS 偵測器的一節。 可以點此觀看 Flash 動畫

就如同其他的粒子物理偵測器,CMS 有著一個大型的磁鐵線圈。藉由量測帶電粒子通過磁場時軌跡的曲率半徑,可以決定其所帶電性動量。CMS 的磁鐵長13公尺,直經6公尺,其線圈需要冷卻至低溫超導態,以提供4 T強度的磁場。

新聞報導[编辑]

CMS 最大的一個組件YB0於當地時間2007年2月28日下午六時(CET),成功的被放置到位於法國Cessy地下100公尺深的實驗洞穴中(UXC)。該組件包含了一節的緲子偵測鐵芯,以及目前世界最大的的超導磁鐵,總重量約為1920公噸,相當於五架巨無霸噴射機的總和。除了重量上的困難度,該組件有17公尺寬,與洞穴壁面的距離只有約20公分。工程人員使用了四條巨大55股的纜繩,以每分鐘15公分的速度降下,共耗時10小時才完成這項艱鉅的任務。計有包含了BBC國家地理路透社等多家新聞媒體報導此一事件。

參閱[编辑]

參考文獻[编辑]

外部連結[编辑]