Мюонные детекторы Большого Адронного Коллайдера.
статья по физике на тему

Мюонные спектрометры.

Если посмотреть внимательно на размеры отдельных компонентов, то можно заметить, что центральная часть детекторов вместе с калориметрами относительно компактна, а свой впечатляющий размер эти детекторы набирают за счет большой системы мюонных детекторов. Такой акцент на регистрации мюонов не случаен. Дело в том, что мюоны с высокой энергией — свидетельство того, что при столкновении протонов наверняка произошло что-то интересное, скорее всего связанное с электрослабыми взаимодействиями, а возможно, даже с хиггсовским бозоном или экзотическими частицами. Характерная особенность мюонов заключается в том , что они очень медленно теряют энергию при движении сквозь вещество. Так происходит из-за того , что они , с одной стороны , очень тяжелые , поэтому не могут эффективно передавать энергию электронам при столкновении ,а во-вторых ,они не участвуют в сильном взаимодействии , поэтому они слабо рассеиваются на ядрах. В результате мюоны могут пролететь до момента своей остановки многие метры вещества , проникнув туда , куда не долетают никакие другие частицы. Это , с одной стороны, делает невозможным измерение энергии мюонов с помощью калориметров, т.к. полностью мюон поглотить не удасться , но , с другой стороны , позволяет хорошо отличить мюоны от других частиц. Поэтому мюонные камеры расположены во внешних слоях детектора ,занимая громадный объем. В обоих детекторах мюонные датчики представляют собой  мюонные газовые трубки и камеры.

 В детекторе ATLAS используются газовые мюонные трубки— они похожи на соломинки детектора переходного излучения, только гораздо большего диаметра. Вся конструкция из мюонных трубок имеет впечатляющие размеры: радиус цилиндрических слоев — 5, 7,5 и 10 м, а торцевые диски разнесены на расстояние вплоть до 21,5 м от центра детектора. При этом для обеспечения высокой точности измерения траекторий мюонов необходимо знать положение мюонных трубок в пространстве с погрешностью не более 30 микрон, что в миллион раз меньше самих размеров мюонной системы!

На детекторе CMS используются мюонные детекторы трех типов: дрейфовые трубки ,катодные полосковые камеры и камеры с резистивными пластинками. Мюонные камеры расположены снаружи соленоида, причем они чередуются со слоями железного ярма, по которому «возвращается» магнитное поле. Часть этих камер предназначена для определения координат и времен пролетевших мюонов, а другая часть используется для быстрого мюонного триггера, который должен в режиме реального времени решить, представляет ли это событие что-то интересное с точки зрения мюонов.

 В разных частях мюонного детектора CMS применены различные типы детектирующих элементов. В цилиндрической части, где магнитное поле невелико (0,4-0,8 Тл), и поток частиц невелик, оптимальных оказывается использование дрейфовых трубок . Их расположение позволяет определять координату с точностью порядка 250 мкм В торцевой области, где поле достигает 3 Тл, а  поток частиц в сто раз больше , используются катодные полосковые камеры , дающие лучшее пространственное разрешение, порядка 200 мкм.

 Кроме того , как в цилиндрической, так и в торцевой частях размещены камеры с резиствным покрытием . Важной особенностью этого типа детекторов является высокая точность определения времени пролёта мюона и быстрый отклик. Это эффективно используется при сопоставлении трека мюона и сгустка, в столкновении которого он образовался. Однако пространственное разрешение этого типа газовых камер значительно ниже, чем у  двух других.

Важнейшим свойством мюонного детектора является возможность его эффективного использования в триггерах , которые отсекают малоинтересные события. Это возможно благодаря быстрому определению импульсов и низкому уровню фона , т.к. до мюонного детектора практически не долетают посторонние частицы. При интенсивности событий 40 МГц ( столкновения сгустков происходят каждые 25 нс ) триггеры позволяют уменьшить поток событий до сотни событий в секунду.