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:

• Каков источник масс элементарных частиц и почему она различная для разных частиц?
• Почему видимая материя составляет только 4% Вселенной и что такое темная материя?
• Какова причина асимметрии между материей и анти материей и почему ее невидно?
• Где границы Стандартной Модели и есть ли что-то вне ее?
• Существуют ли тяжелые партнеры известных частиц (суперсимметрия)?
• Существуют ли другие измерения, которые постулируются в "теории струн", описывающей явления, которые выходят за рамки Стандартной модели и ее более простых расширений?
• Существуют ли другие поля и частицы, о которых мы не знаем?
• Что такое черные дыры и как они образуются и как распадаются (механизм Хокинга)?

 

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:

 

• Википедия
• Официальный сайт эксперимента ATLAS
• "Доктор физико-математических наук Б.А. Долгошеин рассказывает о международном сотрудничестве в эксперименте ATLAS: "Новые миры" создаются в лаборатории - Наука в России, №6 ноябрь/декабрь 2001 г.

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.

   

История создания и основные результаты ATLAS эксперимента к двадцатипятилетию работы 

Установка ATLAS

Контактное лицо:

Романюк Анатолий Самсонович