Introduzione alla fisica delle particelle elementari
Descrizione dell’attrezzatura
1. Apri il programma e mostra le sue funzioni di base.
Immagine 1. Lo strumento di analisi dei dati HYPATIA
a. Finestra delle masse inerziali
b. Elenco delle traiettorie incluse nel presente file di HYPATIA
c. C a n v a s window
Usa la lente di ingrandimento per ingrandire l’immagine. Quando selezionata, una
traiettoria diventa bianca.
d. Nome del file che compare
e. Vista trasversale del rivelatore che mostra tutte le traiettorie
f. Vista longitudinale del rivelatore che mostra tutte le traiettorie
g. Diagramma di energia in 3D per il piano x-y
h. Finestra delle traiettorie rivelate
Contiene tutti i dati registrati delle traiettorie rivelate.
i. Opzione di navigazione del file
j. Elenco delle traiettorie registrate con i dati corrispondenti
k. Finestra di controllo
Si possono cambiare le impostazioni di vista per un file o aggiungere filtri alla proiezione delle traiettorie.
Introduzione alla fisica delle particelle elementari
2. Descrivi le diverse parti del rivelatore ATLAS agli studenti
Immagine 2. Un esempio di come le varie particelle sono rivelate nelle Immagine 3. Rappresentazione di un
diverse pari del rivelatore. Nota che le particelle neutre lasciano tracce rivelatore ATLAS
solo nei calorimetri. Perciò le loro traiettorie compaiono solo nelle parti
rosse e verdi e non nella parte interna del rivelatore.
I vari livelli sono posizionati in modo concentrico formando un cerchio attorno all’area di collisione.
Partendo dal punto d’interazione (il punto dove i protoni e gli antiprotoni entrano in collisione) e
sposandosi verso l’esterno, le parti del rivelatore ATLAS sono le seguenti:
Rivelatore di traiettorie (o rivelatore interno) (verde, marrone):
È la parte più interna di ATLAS ed è costituito di tre sotto
rivelatori progettati per rivelare le particelle caricate. Le
particelle neutre (come i fotoni) passano in questa area senza
essere rivelate. Tutte le particelle caricate interagiscono con il
rivelatore, ma transitano in teoria senza cambiare direzione o
energia.
Immagine 4. Il rivelatore interno
Introduzione alla fisica delle particelle elementari
Calorimetri: Quando una particella (caricata o no) entra nel
calorimetro, entra in collisione con il materiale denso del
calorimetro. Questa collisione fa nascere una serie di altre
particelle e quasi tutta l’energia della particella originale è
assorbita dal calorimetro. Per questo motivo, il calorimetro è
inserito dopo la sonda interna in modo da registrare la
traiettoria della particella prima che venga assorbita. I
calorimetri misurano l’energia e hanno due parti diverse:
Immagine
5.
elettromagnetico
adronico.
Il
e
il
calorimetro
calorimetro
• Il calorimetro elettromagnetico (grigio/verde): misura
l’energia totale di e+, e- e dei fotoni. Perciò, se si
cercano degli elettroni, la loro traiettoria si ferma nei
calorimetri.
• Il calorimetro adronico (rosso) misura l’energia totale degli adroni (fotoni e neutroni).
Le sole particelle in grado di penetrare i rivelatori e i calorimetri e che procedono verso il rivelatore di
muoni sono i muoni e i neutrini.
Rivelatori/ spettrometri di muoni: Questo è il livello esterno
del rivelatore (blu). I muoni sono le uniche particelle caricate
che penetrano il calorimetro adronico e raggiungono il
rivelatore di muoni. Le loro traiettorie sono le sole registrate
nel livello più esterno del rivelatore di muoni.
Particelle che non sono rivelate: I neutrini interagiscono molto
debolmente con la materia, quindi non sono rivelati. La loro
presenza può essere confermata misurando la quantità di moto
“perduta”.
Immagine 6. Il rivelatore di muoni.
Energia residuale / quantità di moto: Energia e quantità di
moto necessarie per i principi di conservazione della quantità di
moto e dell’energia da applicare.
Introduzione alla fisica delle particelle elementari
Nell’LHC la quantità di moto iniziale lungo i fasci è sconosciuta perché l’energia degli adroni è
continuamente scambiata tra le particelle e perciò l’energia residuale non si può misurare. Tuttavia, la
quantità di moto iniziale verticale alla linea di distribuzione del raggio è zero. Perciò l’esistenza di una
quantità di moto diversa da zero implica l’esistenza di una quantità
di moto e di energia residuale (Etmiss). La quantità di moto residuale è rappresentata nell’immagine
del rivelatore da una linea tratteggiata che indica la direzione della quantità di moto “perduta”.
Magneti: Il rivelatore ATLAS si trova in un campo magnetico potente che devia le traiettorie delle
particelle caricate. I campi sono generati da quattro tipi di magneti – tre di forma toroidale e uno di
forma tubolare (non mostrato nella rappresentazione). Le particelle di carica positiva e negativa sono
spinte in direzioni opposte dallo stesso campo magnetico. La curva e la direzione della traiettoria della
particella sono usate per determinare la quantità di moto e la carica di una particella.
(Fonte: http://hypatia.phys.uoa.gr/Simplified_Basics/)
