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紧凑μ子线圈

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LHC.svg
大型强子对撞机
LHC 子实验
ATLAS 超环面仪器
CMS 紧凑缈子线圈
LHC-b LHCb
ALICE 大型离子对撞机实验
TOTEM 全截面弹性散射侦测器
LHC 次级加速器
p and Pb 质子离子直线加速器
(未标记) 质子同步推进器
PS 质子同步加速器
SPS 超级质子同步加速器
紧凑缈子线圈实验团队总部。
紧凑缈子线圈侦测器,右下方的梯子凸显出尺寸大小。

紧凑缈子线圈CMSCompact Muon Solenoid),瑞士欧洲核子研究组织CERN大型强子对撞机计划的两大通用型粒子侦测器中的一个。直至2006年,已有约2300位来自159个不同的研究机构的科学家,共同参与建设。CMS将建在法国Cessy的地下洞穴中,刚好跨过瑞士日内瓦的边境。完成后的侦测器将是一个长约21公尺,直径约16公尺的筒状的结构,重量达12500公吨(这也是其名称的由来)。

实验目标[编辑]

CMS 实验的主要目标包含了:

重点特色[编辑]

CMS 侦测器的特色在于:

  • 相对小型的尺寸
  • 强力磁场线圈
  • 为追踪缈子轨迹最佳化

侦测器概观[编辑]

CMS 是设计成一个通用型的侦测器,用来研究LHC加速器所提供的 14 TeV 质心能量下质子对撞的物理。其子侦测器包含了用来量测在对撞后所产生的光子, 电子, 缈子等粒子的能量动量的设备。位于最内层的侦测器为由矽晶片所构成的轨迹追迹系统。环绕其外的则是由闪烁体所构成,用来量测能量的电磁量能器(electromagnetic calorimeter),与之外三明治结构的强子取样量能器(sampling calorimeter)。由于追迹系统与量能器的紧凑型设计,CMS 用来产生 4 T(特斯拉)的强力磁场线圈可以将上述两侦测器包覆于其中。于线圈外的则是大型的缈子侦测器,同时包夹于构成磁场线封闭循环的铁芯(return york)之中。如此构成 CMS 的全名:紧凑缈子线圈

路径探测器[编辑]

路径探测器(Tracker)的功用是记录带电粒子的飞行轨迹。由于带电粒子在磁场中会受劳仑兹力影响而转弯,因此借由轨迹可回推带电粒子的动量(路径越弯,动量越少),而粒子的动量大小对于研究粒子的性质有很大的影响。CMS的路径探测器是由纯制作,可分为Pixel和Strips。

Pixel位于最内三层,每个元件大小为100μm×150μm,由于单位元件够小,Pixel能给定相当精确的路径起始点。 在三层Pixel外的是Strips,共有十层。内四层每个元件大小为10cm×180μm,外六层每个元件大小为25cm×180μm。Strips的功用主要是给出粗略的路径位置。由三层Pixel加上十层Strips,共十三个点,可决定一条相当清楚的路径。

电磁量能器[编辑]

CMS 的电磁量能器 (Electromagnetic CALorimeter, ECAL)使用了约 80,000 支钨酸铅晶体所构成,晶体的特色为高密度与高透光度,类似于一般常见的铅玻璃。这些晶体由Bogoroditsk Techno-Chemical Plant和中科院上海硅酸盐所提供。[1]电子光子穿过晶体的时候,会与材料发生反应,由制动辐射与粒子对生湮灭造成所谓的簇射 (radiation shower) 现象。这个释放出来的能量,会使得晶体中的电子跃迁而发光,然后由附于晶体表面的光侦测器所量测,转换成的电子讯号经校正后可以用来推估原入射粒子能量大小。

磁铁[编辑]

就如同其他的粒子物理侦测器,CMS 有著一个大型的磁铁线圈。借由量测带电粒子通过磁场时轨迹的曲率半径,可以决定其所带电性动量。CMS 的磁铁长13公尺,直经6公尺,其线圈需要冷却至低温超导态,以提供4 T强度的磁场。

新闻报导[编辑]

CMS 最大的一个组件YB0于当地时间2007年2月28日下午六时(CET),成功的被放置到位于法国Cessy地下100公尺深的实验洞穴中(UXC)。该组件包含了一节的缈子侦测铁芯,以及目前世界最大的的超导磁铁,总重量约为1920公吨,相当于五架巨无霸喷射机的总和。除了重量上的困难度,该组件有17公尺宽,与洞穴壁面的距离只有约20公分。工程人员使用了四条巨大55股的缆绳,以每分钟15公分的速度降下,共耗时10小时才完成这项艰钜的任务。计有包含了BBC国家地理路透社等多家新闻媒体报导此一事件。

参阅[编辑]

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]