Кафедра №40

Эксперимент ATLAS

Диаметр: 25 м

Длина: 44 метра

Вес: 7000 тонн

Длина кабелей: 3000 км

Коллаборация ATLAS:

3000 ученых из них 1000 аспирантов

191 университетов и научных ценров

39 стран

Участники от России:

Институт Теоретической и Экспериментальной Физики (ИТЭФ), Москва; Физический Институт Академии Наук имени П.Н.Лебедева (ФИАН), Москва; Национальный Исследовательский Ядерный Университет "МИФИ", Москва; Московский Государственный Университет, Москва; Институт Ядерной Физики имени Г.И. Будкера, Новосибирск; Государственный научный центр Российской Федерации - Институт физики высоких энергий (ИФВЭ), Протвино; Петербургский Институт Ядерной Физики (ПИЯФ), Санкт-Петербург.

 

ATLAS (от англ. A Toroidal LHC ApparatuS) — один из четырёх основных экспериментов на коллайдере LHC в Европейской Организации Ядерных Исследований CERN в Женеве (Швейцария). Эксперимент проводится на одноимённом детекторе, предназначенном для исследования процессов, происходящих в протон-протонных и ион-ионных столкновениях при сверхвысоких энергиях.

ATLAS – самая большая в мире научная установка общего назначения в области физики высоких энергий. Она размещена на глубине 100 метров под землёй и имеет около 45 метров в длину, более 25 метров в высоту (высота девятиэтажного дома), её вес составляет около 7000 тонн. Как и большинство установок на встречных пучках, ATLAS имеет структуру матрёшки, при которой структура детектора меняется по мере удаления от точки столкновения частиц. Ближе к центру расположены полупроводниковые пиксельные и стриповые (SCT) детекторы, функцией которых является прецизионное измерение координат и импульсов заряженных частиц вблизи точки первичного взаимодействия. Их окружает трековый детектор переходного излучения (TRT), который также используется для измерения координат треков, а кроме этого – для идентификации электронов. Эти детекторы образуют так называемый внутренний детектор, который помещён внутри сверхпроводящего магнита с соленоидальным полем 2 Тл. Внутренний детектор окружён электромагнитным калориметром на основе жидкого аргона для измерения координат и энергии электронов, позитронов и гамма-квантов. Следующим слоем служит адронный калориметр для измерения энергии одиночных адронов и адронных струй. Вся система калориметрии обеспечивает также измерение недостающей поперечной энергии в случае энергетического дисбаланса. Установка ATLAS окружена мощным магнитным полем мюонного спектрометра. Его создаёт сверхпроводящий тороид из восьми секций в центральной части и двух торцевых. В открытой структуре тороида расположены три уровня мюонных камер, измеряющих импульсы мюонов.

Достигнутая энергия сталкивающихся протонов на LHC в системе центра масс (СЦМ) составляет 8 ТэВ. После 2015 года ускоритель начнёт работать с пучками по 6.5-7 ТэВ (13-14 ТэВ в СЦМ) и достигнет своей номинальной светимости 2*1034 см-2 сек-1. Пучки протонов пересекаются с частотой 40 МГц. При каждом пересечении пучков происходит около 50 актов неупругих протонных столкновений. Таким образом, за одну секунду установкой должно анализироваться более миллиарда неупругих соударений протонов. Для предварительного отбора «интересных» столкновений используется трёхуровневая система триггеров. Первичный триггер — это большая фабрика из специально изготовленных процессоров, причём отбор идет на уровне «железа». Первичный триггер пропускает дальше примерно одно из 400 событий (до 100 кГц). Триггеры второго и третьего уровней программным образом анализируют прошедшие события, причём на последнем уровне происходит полное восстановление физических событий по алгоритмам, использующихся для последующего анализа экспериментальных данных. Такие триггеры вырабатываются «фабриками» из почти двух тысяч компьютеров. В конечном итоге для записи на диск они пропускают примерно 500 событий в секунду. Каждое из этих событий занимает около полутора мегабайт и записывается для дальнейшего анализа. Для анализа событий и проведения моделирования в распоряжении участников коллаборации ATLAS имеется более 36 тысяч компьютеров по всему миру.

 

 

Что же изучает ATLAS эксперимент?

Основной целью эксперимента ATLAS является уточнение или опровержение Стандартной модели - теоретической конструкции в физике, описывающей элементарные частицы и три из четырёх фундаментальных взаимодействия (за исключением гравитационного): сильное, слабое и электромагнитное. При этом Стандартная модель объясняет, как взаимодействуют элементарные частицы, но не отвечает на вопрос, почему именно так.

Основные задачи нацелены на поиск ответов на вопросы:

 

Программа работы эксперимента рассчитана вплоть до 2030 года и включает период работы при сверхвысокой светимости, когда число взаимодействий в секунду будет достигать 1010.

В настоящее время уже получен частичный ответ на первый вопрос.

Был открыт бозон Хиггса, объясняющий механизм приобретения массы элементарными частицами. Теоретикам Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру была присуждена Нобелевская премия 2013 года за предсказание такой частицы.

Эксперименты ATLAS и CMS были награждены многими премиями и медалями.

Подробнее об истории создания эксперимента ATLAS и его целях:

 

Вклад МИФИ в ATLAS эксперимент

Группа внесла большой вклад в проект TRT: от первых идей и разработок до его создания, эксплуатации и получения физических результатов (подробнее здесь).

События, которые могут быть связаны с образованием бозона Хиггса.

 

Событие в детекторе ATLAS с четырьмя мюонами, совместимое с гипотезой о рождении пары Z-бозонов при распаде Хиггс бозона.

Событие в детекторе ATLAS с двумя мюонами и двумя электронами совместимое с гипотезой о рождении пары Z-бозонов при распаде Хиггс бозона.

 
 

Установка ATLAS

Контактное лицо:

Романюк Анатолий Самсонович