Διπλωματική Εργασία Ο ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ MICROMEGAS ΣΤΟ UPGRADE ΤΟΥ ATLAS, ΓΙΑ ΤΟΝ SUPERLHC

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Διπλωματική Εργασία Ο ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ MICROMEGAS ΣΤΟ UPGRADE ΤΟΥ ATLAS, ΓΙΑ ΤΟΝ SUPERLHC"

Transcript

1 Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής ΤΟΜΕΑΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Διπλωματική Εργασία Ο ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ MICROMEGAS ΣΤΟ UPGRADE ΤΟΥ ATLAS, ΓΙΑ ΤΟΝ SUPERLHC Εκπόνηση: Κιλιντάρη Σοφία Επιβλέπων καθηγητής: Σαμψωνίδης Δημήτριος Θεσσαλονίκη, 2012

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ H παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην περιγραφή του ανιχνευτή Micromegas (ιδιότητες και επιδόσεις) που αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 90 από τους Γ. Γιοματάρη και G. Charpac. Πρόκειται για ένα αναλογικό απαριθμητή αερίου και η κατασκευή του στηρίζεται σε απλή γεωμετρία με παράλληλα ηλεκτρόδια. Ο αναφερόμενος ανιχνευτής μπορεί να ανιχνεύσει φορτισμένα και αφόρτιστα σωματίδια καθώς η λειτουργία του βασίζεται στην ενίσχυση της χιονοστιβάδας των ηλεκτρονίων σε πολύ μικρό κενό. Ο ανιχνευτής μέχρι στιγμής έχει επιδείξει σημαντικές ιδιότητες όπως πρωτοφανή χωρική διακριτική ικανότητα, καλή ενεργειακή διακριτική ικανότητα, αντοχή στην ακτινοβολία. Επομένως, ο micromegas χαρακτηρίζεται ως ένας πιθανός υποψήφιος αναβάθμισης του μιονικού φασματόμετρου του πειράματος ATLAS στον slhc. Οι ανιχνευτές αυτοί θα πρέπει να έχουν σχετικά μεγάλες διαστάσεις, χαμηλό κόστος, ανθεκτικότητα σε περιβάλλον υψηλής ακτινοβολίας καθώς και να συνδυάζουν ικανότητες σκανδαλισμού και προσδιορισμού τροχιάς. Οι απαιτήσεις που έχουν τεθεί για αυτούς τους ανιχνευτές είναι: 1) Χωρική διακριτική ικανότητα 100 μm, γωνίες πρόσπτωσης μέχρι ) Χρονική διακριτική ικανότητα 5 ns 3) Ανιχνευτική ικανότητα 98% 4) Ικανότητα ανίχνευσης σε ρυθμούς γεγονότων της τάξης των 5 khz/cm 2 Στο πρώτο κεφάλαιο, περιγράφεται ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων, LHC (Large Hadron Collider). Τα επιμέρους πειράματα που τον χρησιμοποιούν καθώς και το πείραμα ATLAS περιγράφονται στο δεύτερο κεφάλαιο. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές παράμετροι λειτουργίας των ανιχνευτών καθώς και οι ανιχνευτές αερίων. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση του ανιχνευτή micromegas. Παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του και οι εφαρμογές που εμπλέκεται. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρόγραμμα MAMMA (Muon Atlas MicroMegas Activity). 1

3 Abstract This thesis deals with the description of the micromegas detector (properties and records) which was created and developed in the beginning of the 90s by Y. Giomataris and G. Charpac. The detector is a gaseous proportional counter where its structure is based on simple geometry with planar electrodes. The aforementioned detector can detect charged and neutral particles, as its operation is based on amplification of electron avalanches in short gaps. The detector has shown promising properties and records, such as excellent spatial resolution, good energy resolution, and radiation hardness. Therefore, the micromegas detector acts as a potential candidate, to upgrade the ATLAS muon spectrometer at slhc. These detectors should have large dimensions, low cost, they must be robust to the high levels of radiation and they must combine good trigger and tracking properties. The requirements for these detectors therefore are: 1) Space resolution 100 μm for impact angles ) Time resolution 5 ns 3) High efficiency 98% 4) High- rate capability 5kHz/cm 2 In the first chapter, the Large Hadron Collider (LHC) is described. The experiments that use the LHC along with the ATLAS experiment are descripted in chapter 2. In the third chapter, the basic working parameters of detectors are presented along with the gaseous detectors. In the fourth chapter, the micromegas detector is presented. The working principles of the detector are presented, as well as the experiments that micromegas participates. In the last fifth chapter, there is a reference to the MAMMA (Muon Atlas MicroMegas Activity) project. 2

4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ To CERN Μέτρα Προστασίας από την Ακτινοβολία στο CERN Στόχοι Λειτουργίας LHC LHC- Επιταχυντής Αδρονίων To Επιταχυντικό Σύστημα του LHC Κύκλος Επιτάχυνσης Πρωτονίων Proton Proton Collisions Το Κρυογενικό Σύστημα (Cryogenic System) Υπεραγώγιμα Καλώδια (Super Conducting Cables) Μαγνήτες/Μαγνητικό Πεδίο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τα Πειράματα στον LHC Το Πείραμα ALICE (A Large Ion Collider Experiment) To Πείραμα CMS (Compact Muon Solenoid experiment) Το Πείραμα LHCb (Large Hadron Collider beauty) Το Πείραμα ΤΟΤΕΜ (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) Το Πείραμα LHCf (Large Hadron Collider forward) To Πείραμα ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) Οι Στόχοι του ATLAS Δομή του ATLAS Ακτινοβολία και Θωράκιση στον ATLAS Αναβάθμιση του LHC- SuperLHC ΚΕΦΑΛΑΙΟ Γενικά Χαρακτηριστικά των Ανιχνευτών Ευαισθησία (Sensitivity) Απόκριση Ανιχνευτή (Detector Response) Ενεργειακή Διακριτική Ικανότητα (Energy Resolution) Συνάρτηση Απόκρισης (Response Function) Χρόνος Απόκρισης (Respose Time) Ανιχνευτική Ικανότητα (Detector Efficiency) Ανενεργός Χρόνος (Dead Time) Χωρική Διακριτική Ικανότητα (Spatial Resolution) Ανιχνευτές Αερίων Multiwire Proportional Chamber (MWPC) Time Projection Chamber (TPC) Microstrip Gas Chamber (MSGC) Εξέλιξη Ανιχνευτών Αερίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή Περιγραφή του Ανιχνευτή Αρχή Λειτουργίας του Ανιχνευτή Micromegas Ηλεκτρικό Πεδίο Αέρια Μέσα στον Ανιχνευτή

5 4.6 Εφαρμογές που Χρησιμοποιούν τον Micromegas Νέα Γενία- Resistive Micromegas Προγράμματα Προσομοίωσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή Αναβάθμιση του LHC και του ATLAS ΜΑΜΜΑ (Muon Atlas MicroMegas Activity) Πειραματική Διάταξη Εργαστηριακά Τεστ- MAMMA (R&D Collaboration) Test Beam- Ιούλιος Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 5

7 1.1 To CERN To CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire "Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών") αντιπροσωπεύει τον Ευρωπαικό Οργανισμό για τη Φυσική Υψηλών Ενεργειών καθώς είναι το μεγαλύτερο και πιο αξιόπιστο πειραματικό κέντρο ερευνών σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο. Εδρεύει δυτικά της Γενεύης, στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας (Σχήμα 1.1 και Σχήμα 1.2). Το CERN, γεννήθηκε στη Γενεύη της Ελβετίας το 1954 και αποτελεί μια διεθνώς κοινή προσπάθεια μεταξύ 12 ευρωπαϊκών χωρών μεταξύ των οποίων είναι και η Ελλάδα. Επομένως, είναι ένας από τους πρώτους οργανισμούς που κατευθύνθηκε προς την διευρωπαϊκή ένωση αλλά και συνεργασία μεταξύ των κρατών. Σήμερα, απαρτίζεται όχι μόνο από τα κράτη- μέλη της ΕΕ (βασικά μέλη), αλλά ταυτόχρονα συμμετέχουν ενεργά και οι ΗΠΑ, Ινδία, Ισραήλ, Ρωσία, Ιαπωνία, Τουρκία και η UNESCO. Πρόκειται, έτσι, για ένα πανανθρώπινο εγχείρημα, που ως βασικό αντικείμενο ερευνών του ήταν και είναι τα στοιχειώδη σωματίδια, οι δομικοί λίθοι που απαρτίζουν την ύλη, καθώς και οι δυνάμεις που τα διέπουν. Έτσι αποδεικνύεται ξεκάθαρα ότι το έργο του CERN ασχολείται με τη διερεύνηση των πλέον θεμελιωδών ερωτημάτων για τη Φύση και το Σύμπαν όπως: Α) Τι είναι η ύλη; Β) Από πού προέρχεται η ύλη; Γ) Πως συγκρατείται η ύλη για τον σχηματισμό των άστρων, πλανητών και ανθρώπινου είδους; Η κύρια λειτουργία του CERN, επικεντρώνεται στην παροχή επιταχυντών σωματιδίων και άλλων υλικοτεχνικών υποδομών που χρειάζονται για πειραματική έρευνα στο σημαντικό ερευνητικό πεδίο της φυσικής υψηλών ενεργειών. Στο CERN λειτουργούν, επομένως, πολλοί επιταχυντές, ένας εκ των οποίων είναι ο πελώριος Super Proton Synchrotron (SPS), ο οποίος διαθέτει υπόγεια σήραγγα 7 χιλιομέτρων και επιτρέπει στα πρωτόνια να επιταχύνονται στα 400 GeV, δηλαδή σε πολύ υψηλή ενέργεια. Ο πρώτος επιταχυντής σωματιδίων του CERN ήταν ένα συγχρο- κύκλοτρο πρωτονίων, ισχύος 600 MeV που τέθηκε σε λειτουργία το Μία από τις 6

8 πρώτες του επιτυχίες, ήταν η παρατήρηση της μετατροπής ενός πιονίου σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο. Ακολούθως, το 1959 το σύγχροτρο πρωτονίων (PS) λειτούργησε με ισχύ 28 GeV. Το CERN απασχολεί σήμερα περίπου μόνιμους εργαζόμενους, ενώ περίπου επιστήμονες και μηχανικοί (από 500 διεθνή πανεπιστήμια και ταυτόχρονα από 80 διαφορετικές εθνικότητες), περίπου δηλαδή ο μισός πληθυσμός της ερευνητικής κοινότητας της σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο, δουλεύουν σε πειράματα που οργανώνονται από το CERN. Το γεγονός αυτό ενισχύει έντονα τη σημαντικότητα της ερευνητικής δραστηριότητας που επιτελείται εκεί. 1.2 Μέτρα Προστασίας από την Ακτινοβολία στο CERN Σε ερευνητικά εργαστήρια, αντίστοιχα με το CERN (Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Φυσικής Σωματιδίων), η παρουσία ακτινοβολίας στο χώρο εργασίας είναι κάτι καθημερινό. Γι' αυτό το λόγο, λαμβάνονται αυστηρά μέτρα προκειμένου να αποφευχθεί η περιττή, και να διατηρηθεί σε ένα ελάχιστο όριο η αναπόφευκτη, έκθεση στην ακτινοβολία του εκάστοτε εργαζόμενου. Το CERN ακολουθεί αυστηρά τη διεθνή αποδεκτή αρχή ΑLARA (As Low As Reasonably Achievable) στοχεύοντας κάθε έκθεση να διατηρείται τόσο χαμηλή όσο είναι λογικά αποδεκτό. Εκτός από τους επιταχυντές ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, στο CERN λειτουργούν και μηχανές που επιταχύνουν πρωτόνια, αντιπρωτόνια και ιόντα μολύβδου. Οι δέσμες πρωτονίων, αντιπρωτονίων και ιόντων μολύβδου υψηλών ενεργειών αλληλεπιδρούν με πολύ πιο δραματικό τρόπο με την ύλη από ότι τα ηλεκτρόνια ή τα ποζιτρόνια, προκαλώντας τη δημιουργία ραδιονουκλιδίων και νετρονίων. Τα νετρόνια έχουν πολύ μεγαλύτερη διαπεραστική ικανότητα από πρωτόνια της ίδιας ενέργειας. Στο CERN, δημιουργείται πολύ μεγαλύτερη ποικιλία σωματιδίων, αλλά λόγω του μικρού σχετικά αριθμού τους δεν έχουν σημασία, που σχετίζεται με τις συνέπειες από την ακτινοβολία. Τα μιόνια ωστόσο αποτελούν εξαίρεση. Συγκεκριμένα, τα 7

9 μιόνια αλληλεπιδρούν με την ύλη με τον ίδιο τρόπο όπως τα ηλεκτρόνια, αλλά επειδή τα αναφερόμενα είναι βαρύτερα, είναι πολύ περισσότερο διεισδυτικά και επομένως απαιτούν προσεκτική χρήση θωράκισης. Τα νετρίνα παράγονται, επίσης, σε όλες σχεδόν τις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων τόσο στο CERN αλλά και σε μεγάλη αφθονία στον Ήλιο. Η αλληλεπίδραση των νετρίνων με την ύλη είναι τόσο ασθενής, ώστε να μπορούν να διαπεράσουν τη Γη σαν να μην υπήρχε στη διαδρομή τους. Επομένως, η διέλευσή τους μέσα στο ανθρώπινο σώμα δεν έχει καθόλου επιβαρυντικές βιολογικές επιπτώσεις. Σχήμα 1.1: α) CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) και β) ο χάρτης των χωρών που συμμετέχουν στο CERN 8

10 Σχήμα 1.2: Αεροφωτογραφία των εγκαταστάσεων στο CERN 1.3 Στόχοι Λειτουργίας LHC Το Δεκέμβριο του 1991, το Συμβούλιο του CERN, αποφάσισε ότι ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων, LHC (Large Hadron Collider), ήταν η καταλληλότερη μηχανή για περαιτέρω πρόοδο στην έρευνα της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων στοχεύοντας στην κατανόηση των καίριων ερωτημάτων. Έτσι, το Δεκέμβριο του 1994, υπερψηφίστηκε η κατασκευή του LHC καθιστώντας τον LHC τον επόμενο κρίκο στην αλυσίδα των μεγάλων μηχανών του CERN και επομένως τον πιθανό υποψήφιο για απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα. Παρακάτω, θα γίνει εκτενής αναφορά για τον LHC. Η λειτουργία του, αναμένεται επομένως να δώσει στους επιστήμονες απαντήσεις σχετικά με ουσιώδη ερωτήματα του Καθιερωμένου Προτύπου όπως: 1) Η προέλευση της μάζας. Κάποια σωματίδια έχουν ιδιαίτερα μεγάλη μάζα και κάποια μηδαμινή. Η απάντηση μπορεί να είναι ο μηχανισμός Χιγκς, σύμφωνα με τον οποίο ο χώρος διαρρέεται από το πεδίο Χιγκς 9

11 προσδίδοντας μάζα σε ένα σωματίδιο, ανάλογα με τον τρόπο που αλληλεπιδρά με αυτό. Η αλληλεπίδραση γίνεται μέσω του μποζονίου Χιγκς και στόχος των πειραμάτων είναι η παρατήρησή αυτού. 2) Η επιβεβαίωση ή μη της θεωρίας της υπερσυμμετρίας (SUSY Theory) η οποία μπορεί να οδηγήσει στην ενοποίηση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων. Κατά τη θεωρία αυτή, κάθε σωματίδιο έχει το βαρύτερο συμμετρικό του ταίρι. Τα σωματίδια σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο διαφέρουν με τα αντίστοιχα υπερσυμμετρικά τους ως προς το σπιν κατά ½, μετατρέποντας έτσι, τα φερμιόνια του καθιερωμένου προτύπου σε μποζόνια της Θεωρίας Υπερσυμμετρίας και τα μποζόνια σε φερμιόνια, αντίστοιχα. Αν η θεωρία είναι σωστή, τότε ίσως κάποιο από τα ελαφρύτερα υπερσυμμετρικά σωματίδια παρατηρηθεί στον LHC. 3) Η απουσία αντιύλης από το παρατηρήσιμο Σύμπαν. Ύλη και αντιύλη πιθανώς να παράχθηκαν σε ίση ποσόσητα κατά το Bing Bang, όμως οι παρατηρήσεις μέχρι στιγμής, αποδεικνύουν την ύπαρξη μόνο ύλης στο σύμπαν και όχι αντιύλης. 4) Η μελέτη του πλάσματος quark gluon. Κατά την περίοδο όπου το σύμπαν ήταν εξαιρετικά θερμό, η ύλη ήταν σε μια κατάσταση εξαιρετικής ζεστής και πυκνής «σούπας» από κουάρκ και γκλουόνια. Ο LHC επομένως θα δοκιμαστεί στο να αναπαράγει τις συνθήκες που επικρατούσαν πριν το περιορισμό των κουάρκ και γλουονίων, σε πρωτόνια και νετρόνια. 1.4 LHC- Επιταχυντής Αδρονίων Ο LHC (Large Hadron Collider), ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων, κατασκευάστηκε στο CERN και είναι ένας επιταχυντής σωματιδίων που βρίσκεται σε μία υπόγεια σήραγγα περιφέρειας 27 Κm στα γαλλοελβετικά σύνορα σε βάθος περίπου km κάτω από την επιφάνεια της γης. Οι λόγοι για την εγκατάστασή του σε τέτοιο βάθος οφείλονται στο ότι η απαλλοτρίωση των εδαφών θα εκτόξευε το κόστος αλλά και στην αναγκαιότητα προστασίας από την ραδιενέργεια κατά τη λειτουργία του 10

12 επιταχυντή. Ο LHC κατασκευάστηκε την δεκαετία του 80, με σκοπό να φιλοξενήσει τον προηγούμενο επιταχυντή ηλεκτρονίων LEP (Large Electron Positron Collider). Η αναφερόμενη επιταχυντική διάταξη δημιουργήθηκε για τη μελέτη της δομής της ύλης, της ανίχνευσης νέων στοιχειωδών σωματιδίων και τέλος για την εύρεση της νέας φυσικής. Επιταχυντής Σωματιδίων ονομάζεται μια ειδική μηχανική διάταξη που μπορεί και επιταχύνει σωματίδια σε μεγάλες ταχύτητες. Στην πραγματικότητα, ο επιταχυντής σωματιδίων επιταχύνει δέσμες φορτισμένων σωματιδίων όπως πρωτονίων και ηλεκτρονίων, κατά μήκος μιας τροχιάς, με την επίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Όταν πλέον οι δέσμες των σωματιδίων αυτών αναπτύξουν πολύ μεγάλη ταχύτητα, οδηγούνται πάνω σε άλλα σωματίδια στόχοι. Συχνά δέσμες σωματιδίων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, συγκρούονται στο εσωτερικό του επιταχυντή, δημιουργώντας έτσι νέα σωματίδια. Ειδικές ανιχνευτικές διατάξεις καθώς και υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να καταγράφουν τις τροχιές των σωματιδίων αυτών, καθώς και τις εκτροπές και τροχιές των νέων σωματιδίων που προκύπτουν, μετά τις συγκρούσεις των πρώτων. Τα σωματίδια περιέχονται σε έναν σωλήνα κενού, έτσι ώστε να μην χάνουν ενέργεια καθώς χτυπούν σε μόρια αέρα. Σε επιταχυντές υψηλής ενέργειας, τετραπολικοί μαγνήτες χρησιμοποιούνται για να εστιάσουν τα σωματίδια σε μία δέσμη και να αποτρέψουν την μεταξύ τους ηλεκτροστατική ή απωστική δύναμη που θα μπορούσε να τα εκτρέψει. 1.5 To Επιταχυντικό Σύστημα του LHC Το συγκρότημα επιταχυντών στο CERN μπορεί να επιταχύνει σωματίδια σε διάφορες ενέργειες. Κάθε επιταχυντής ανεβάζει την ταχύτητα μιας δέσμης σωματιδίων, πριν την εισάγει στον επόμενο επιταχυντή. Το συγκρότημα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.3 και Σχήμα 1.4, περιλαμβάνει τον επιβραδυντή αντιπρωτονίων, δηλαδή τη διάταξη ISOLDE (Isotope Separator On- Line) και παρέχει δέσμες τόσο στο πείραμα CNGS (CERN neutrinos to Gran Sasso) όσο και στο πείραμα CLIC (Compact LInear Collider). 11

13 Σχήμα 1.3: Το επιταχυντικό σύστημα Tα πρωτόνια λαμβάνονται αφαιρώντας ηλεκτρόνια από άτομα υδρογόνου και στη συνέχεια εισάγονται από τον γραμμικό επιταχυντή (LINAC2), ο οποίος τα επιταχύνει σε ενέργεια 50 ΜeV, στον επιταχυντή Proton Synchrotron Booster. Ο αναφερόμενος επιταχυντής, τα επιταχύνει σε ενέργεια 1.4 GeV. Ακολούθως, τα πρωτόνια εισάγονται στον επιταχυντή PS (Proton Synchrotron) ο οποίος μπορεί να τα επιταχύνει μέχρι και σε ενέργειες 25 GeV. Τέλος, τα πρωτόνια εισάγονται στον επιταχυντή SPS (Super Proton Synchrotron), ο οποίος με τη σειρά του μπορεί να επιταχύνει μέχρι και ενέργειες 450 GeV πριν καταλήξουν στον LHC. Tα πρωτόνια χρειάζεται να περιστρέφονται για 20 λεπτά στον LHC μέχρι να φτάσουν στη μέγιστη ενέργεια των 7 ΤeV. 12

14 Τα ιόντα μολύβδου ξεκινούν από μια πηγή εξατμισμένου μολύβδου και εισάγονται στον LINAC3 πριν συλλεχθούν και επιταχυνθούν στο δακτύλιο ιόντων χαμηλής ενέργειας (LEIR). Ακολούθως, ακολουθούν την ίδια διαδρομή με τα πρωτόνια όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Σχήμα 1.4: Ο LHC του CERN 1.6 Κύκλος Επιτάχυνσης Πρωτονίων Τα σωματίδια που θα επιταχυνθούν πρέπει να είναι φορτισμένα και να μην διασπώνται. Άρα από το σύνολο των σωματιδίων, απομένουν μόνο το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο, τα ιόντα και τα αντίστοιχα αντισωματίδια τους. Η επιλογή των πρωτονίων έναντι των ηλεκτρονίων, γίνεται επειδή έχουν 1837 φορές μεγαλύτερη μάζα τα πρώτα, περιορίζοντάς έτσι σημαντικά τις απώλειες ενέργειας λόγω ακτινοβολίας σύγχροτρον (Synchrotron Radiation) κατά την κίνηση μέσα στον επιταχυντή. 13

15 Από μία φιάλη υδρογόνου, εξάγονται άτομα τα οποία απογυμνώνονται από το ηλεκτρόνιο τους. Τα πρωτόνια επιταχύνονται στο σύμπλεγμα επιταχυντών του CERN μέχρι να εισαχθούν στο LHC. Πιο συγκεκριμένα: Ø Τα πρωτόνια αρχικά επιταχύνονται στην ενέργεια των 50 MeV από τον γραμμικό επιταχυντή LINAC 2 (LINear ACcelerator) και ο οποίος στη συνέχεια τροφοδοτεί το PSB (Proton Synchrotron Booster). Ø Στο PSB, τα πρωτόνια επιταχύνονται φτάνοντας την ενέργεια των 1.4 GeV για να εισέλθουν στο PS (Proton Synchrotron). Ø Στο PS, φτάνουν σε ενέργεια 26 GeV. Ακολούθως, εισάγονται στο SPS (Super Proton Synchrotron) όπου και καταλήγουν σε ενέργεια ίση με 450 GeV ώστε τελικώς να εισέλθουν στον δακτύλιο του LHC. Απαιτούνται περίπου 4 min και 20 sec για να γεμίσει ο επιταχυντής με δεσμίδες πρωτονίων, ενώ ο χρόνος που χρειάζεται για να φτάσουν την τελική τιμή των 7 TeV (όπου E CMS = 14 TeV) είναι περίπου 20 min. Στη συνέχεια, κυκλοφορούν στους δακτύλιους του LHC και διασταυρώνονται για αρκετές ώρες με αποτέλεσμα η φωτεινότητα των δεσμίδων να εξασθενίσει και να ξαναγεμίζουν με πρωτόνια εκ νέου. Τα πρωτόνια κινούνται μέσα στον δακτύλιο σε δεσμίδες (bunches), αντί για μία συνεχόμενη δέσμη, με 2808 μονάδες- πακέτα σωματιδίων ανά δέσμη. Κάθε ομάδα περιέχει περίπου 1.15 x πρωτόνια, και κατά την κίνησή της θα έχει μήκος λίγων εκατοστών και εύρος περίπου 1 mm. περιορίζεται στα 16 μm. Στα σημεία διασταύρωσης, το εύρος Τα σωματίδια στον LHC είναι υπερ- σχετικιστικά. Για την ακρίβεια, όταν εισέρχονται στον δακτύλιο έχουν ταχύτητα % της ταχύτητας του φωτός και όταν 14

16 φτάνουν στην υψηλότερη ενέργεια των 7 TeV, έχουν ταχύτητα % της ταχύτητας του φωτός (Πίνακας 1.1). Η συνολική ενέργεια δέσμης στα 7 TeV είναι 362 MJ και προκύπτει από τα ακόλουθα: (2808 bunches) x (1.15 x TeV each = 2808 x 1.15 x x 7 x x x J = 362 MJ Πίνακας 1.1: Ενέργεια και κλάσμα της ταχύτητας του φωτός ενός πρωτονίου στους επιταχυντές του CERN Στο πρόγραμμα του επιταχυντή LHC (Σχήμα 1.5) χρησιμοποιούνται κυρίως συγκρούσεις πρωτονίων, αν και για μικρές περιόδους (περίπου ένα μήνα κάθε χρόνο) περιλαμβάνονται συγκρούσεις βαρέων ιόντων και συγκεκριμένα ιόντα μολύβδου (Pb). Τα ιόντα μολύβδου αρχικά θα επιταχυνθούν από γραμμικό επιταχυντή LINAC 3 και στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθεί το LEIR (Low Energy Ion Ring). Ο λόγος που χρησιμοποιείται το LEIR οφείλεται στην αποθήκευση ιόντων αλλά και ως μονάδα ψύξης. Στόχος του προγράμματος είναι η έρευνα για το quark- gluon plasma που υπήρχε στο στάδιο του πρώιμου σύμπαντος. 15

17 Σχήμα 1.5: Το σύμπλεγμα επιταχυντών του CERN 1.7 Proton Proton Collisions Υπεραγώγιμοι μαγνήτες που λειτουργούν σε εξαιρετικά μικρές θερμοκρασίες καθοδηγούν τις δέσμες κατά μήκος του δακτυλίου (Σχήμα 1.6). Επομένως, μετωπικές συγκρούσεις ανάμεσα σε δύο δέσμες όμοιων σωματιδίων: πρωτονίων ή βαρέων ιόντων θα λαμβάνουν χώρα. Τα σωματίδια είναι τόσο μικρά που η πιθανότητα να συγκρουστούν είναι μικρή. Άρα ο στόχος είναι να μειωθεί το μέγεθος της εκάστοτε δέσμης όσο περισσότερο γίνεται, στο σημείο της σύγκρουσης, με αποτέλεσμα την αύξηση των πιθανοτήτων αλληλεπίδρασης. Όταν δύο πακέτα σωματιδίων διασταυρώνονται, υπάρχουν 20 περίπου συγκρούσεις ανάμεσα στα 200 δις σωματίδια. Ωστόσο, οι δεσμίδες θα διασταυρώνονται περίπου 30 εκατομμύρια φορές το sec (ουσιαστικά ανά 25 nsec), δηλαδή στον επιταχυντή LHC θα παράγονται έως και 600 εκατομμύρια συγκρούσεις 16

18 το δευτερόλεπτο. Τέσσερις τεράστιοι ανιχνευτές ALICE, CMS, ATLAS, LHCb που αναφέρονται στο επόμενο κεφάλαιο, καταγράφουν τις αναφερόμενες συγκρούσεις έτσι ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να διερευνήσουν τα δεδομένα και να μελετήσουν την πληθώρα σωματιδίων που παράγονται στον LHC. Τα περισσότερα πρωτόνια που δεν συγκρούονται, συνεχίζουν την πορεία τους στον δακτύλιο. Η ενέργεια σύγκρουσης είναι 14 TeV επειδή κάθε πρωτόνιο που κινείται στον LHC έχει τελική ενέργεια 7 ΤeV. Ο ρυθμός σύγκρουσης (collision rate) εξαρτάται από την φωτεινότητα (luminosity) και την ενεργό διατομή (cross section) δηλαδή: Event Rate = Luminocity * Cross Section Η ολική ενεργός διατομή για τη σύγκρουση p- p με ενέργεια 7 TeV είναι περίπου 110 mbarn. Η ολική ενεργός διατομή μπορεί να αναλυθεί σε συνεισφορές από: 1) ελαστική σκέδαση (elastic scattering), 40 mbarn 2) ανελαστική σκέδαση (inelastic scattering), 60 mbarn 3) απλή περίθλαση (single diffractive), 12 mbarn Τα γεγονότα από την ελαστική σκέδαση των πρωτονίων και αυτά που προέρχονται από περίθλαση δεν εντοπίζονται από τους ανιχνευτές γιατί μόνο οι ανελαστικές σκεδάσεις δίνουν αρκετή ενέργεια ώθηση ώστε να εκτραπούν σε ικανοποιητικά μεγάλες γωνίες ως προς τον άξονα της δέσμης. 17

19 Σχήμα 1.6: Δέσμες κατά μήκος του δακτυλίου στον ανιχνευτή ATLAS 1.8 Το Κρυογενικό Σύστημα (Cryogenic System) Ιδιαίτερα σημαντικό είναι το σύστημα ψύξης του επιταχυντή LHC. Το κρυογενικό σύστημα στον αναφερόμενο επιταχυντή είναι το μεγαλύτερο στον κόσμο (Σχήμα 1.7). Ο LHC και οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες έχουν κατασκευαστεί για να λειτουργούν σε υπερβολικά χαμηλές θερμοκρασίες. Συγκεκριμένα, έχουν κατασκευαστεί 5 κρυογενικές νησίδες οι οποίες παρέχουν την απαιτούμενη ψύξη για τους μαγνήτες και τους σωλήνες των δεσμών. Η ψύξη γίνεται με ήλιο (He) και ο λόγος για τον οποίο επιλέχθηκε το αναφερόμενο αέριο είναι ο εξής: κάτω από τη θερμοκρασία των 2.17 Κ, το ήλιο περνά από την ρευστή στην υπέρρευστη κατάσταση και στην οποία έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα καθιστώντας το επομένως ως την ιδανικότερη επιλογή και τον ιδανικότερο υποψήφιο για δράση σε κρυογενικό σύστημα πολύ μεγάλων διαστάσεων. Το υπέρρευστο ήλιο, επιτρέπει kw ισχύος ψύξης να μεταφέρονται σε περισσότερο από 1 km, ενώ η πτώση θερμοκρασίας είναι μικρότερη από 0.1 Κ. 18

20 Η ψύξη γίνεται σε 3 στάδια: 1) Ήλιο (He) διοχετεύεται σε σταθμούς ψύξης όπου και ελαττώνεται η θερμοκρασία στους 80 Κ με τη διοχέτευση περίπου t υγρού αζώτου. 2) Οι σταθμοί ψύξης κατεβάζουν περαιτέρω τη θερμοκρασία του ηλίου στους 4.5 Κ και αυτό διοχετεύεται στους μαγνήτες. Σε αυτή τη θερμοκρασία, 140 KW ισχύος (ψύξης ) μεταφέρονται στο δακτύλιο. 3) Οι σταθμοί ψύξης αναλαμβάνουν την ελάττωση της θερμοκρασίας του ηλίου στους 1.9 Κ, θερμοκρασία στην οποία λειτουργούν οι διπολικοί μαγνήτες του επιταχυντή LHC. Συνολικά, 120 t ηλίου θα χρησιμοποιηθούν για την ψύξη του LHC: Ø 90 t για την ψύξη μαγνητών. Ø υπόλοιπο για ψύξη σωλήνων δεσμών και κρυογενικών νησίδων. Σχήμα 1.7: Το κρυογενικό σύστημα στον επιταχυντή LHC 19

21 1.9 Υπεραγώγιμα Καλώδια (Super Conducting Cables) Τα καλώδια (cables) (Σχήμα 1.8.α) αποτελούνται από 36 σκέλη (strands) (Σχήμα 1.8.β) υπεραγώγιμου σύρματος. Κάθε σκέλος έχει διάμετρο ακριβώς mm και αποτελείται από 6300 υπεραγώγιμα νήματα (filaments) (Σχήμα 1.8.γ) από κράμα νιοβίου- τιτανίου (NbTi). Κάθε νήμα έχει περίπου mm πάχος δηλαδή είναι 10 φορές πιο λεπτό από μία ανθρώπινη τρίχα. Γύρω από κάθε νήμα, υπάρχει λεπτότατο στρώμα χαλκού υψηλής καθαρότητας. Σύμφωνα με φυσικές μετρήσεις αναφέρεται σε ένα καλώδιο Rutherford με πλάτος 1.51 cm ενώ το μέσο πάχος είναι 1.48 mm. Ο χαλκός, στην υπεραγώγιμη κατάσταση, είναι μονωτικό υλικό όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από ο C. Όταν δεν είναι στην υπεραγώγιμη κατάσταση, ο χαλκός λειτουργεί σαν αγωγός με την ικανότητα να μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα και την θερμότητα. Επίσης, το κράμα NbTi είναι ένα υπεραγώγιμο κράμα. Συνολικά τα υπεραγώγιμα καλώδια ζυγίζουν 1200 t και αναφέρεται σε 7600 km καλωδίου. Όπως προαναφέρθηκε, το καλώδιο αποτελείται από strands τα οποία φτιάχνονται από νημάτια (filaments). Το συνολικό μήκος των νημάτων είναι αστρονομικό (για την ακρίβεια το μήκος του ισούται με την απόσταση μέχρι τον ήλιο (5 φορές και πίσω) ενώ αρκετό μήκος περισσεύει και για μερικά ταξίδια στο φεγγάρι). Τέλος, το ρεύμα που διαρρέει τα καλώδια των διπολικών μαγνητών ισούται με Α. α 20

22 β γ Σχήμα 1.8: α) Υπεραγώγιμα Καλώδια (Cable), β) Σκέλη (Strands) και γ) Νημάτια (Filaments) 1.10 Μαγνήτες/Μαγνητικό Πεδίο Η επιτάχυνση των πρωτονίων γίνεται με την εφαρμογή των κατάλληλων ηλεκτρικών πεδίων ενώ ο καθορισμός της τροχιάς τους καθώς και η μορφοποίηση της δέσμης πραγματοποιείται με τη δράση κατάλληλου μαγνητικού πεδίου. Υπάρχει ποικιλία μαγνητών που χρησιμοποιείται στον ενισχυτή LHC όπως για παράδειγμα διπολικοί, τετραπολικοί, εξαπολικοί κτλ. Απαριθμώντας συνολικά 21

23 περίπου 9300 μαγνήτες, κάθε είδος μαγνήτη συνεισφέρει διαφορετικά στη βελτιστοποίηση της τροχιάς των σωματιδίων. Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες αποτελούν τις πιο εξελιγμένες τεχνολογικές κατασκευές στον LHC. Υπεραγωγιμότητα, είναι η ιδιότητα ορισμένων υλικών να άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα με σχεδόν μηδενική αντίσταση όταν βρεθούν σε περιβάλλον πολύ χαμηλής θερμοκρασίας, περίπου 1.9 Κ. Έτσι γίνεται δυνατή η διέλευση μεγάλης ποσότητας ρεύματος μέσα από υπεραγώγιμα καλώδια μικρής σχετικά διαμέτρου. Ταυτόχρονα, μπορούν να κατασκευαστούν συμπαγείς μαγνήτες που λειτουργούν με πολύ μικρότερο κόστος ηλεκτρικής ισχύος από ότι οι συμβατικοί μαγνήτες, με αγωγούς χαλκού ή και αλουμινίου. Στα 7 TeV, οι μαγνήτες αυτοί πρέπει να παράγουν μαγνητικό πεδίο γύρω στα 8.4 Τ με ρεύμα Α. Κάθε διπολικός μαγνήτης ζυγίζει περίπου 35 τόνους. Οι μαγνήτες έχουν δύο ανοίγματα, ένα για την κάθε δέσμη που περιστρέφεται και όπου ο καθένας έχει μήκος 14.3 m. Οι ιδιότητες αυτών είναι: Ø Κάθετο μαγνητικό πεδίο στα δίπολα καθοδηγεί την δέσμη κυκλικά μέσω της δύναμης Lorentz. Ø ενεργειών. Χρειάζονται πολύ ισχυροί μαγνήτες για την παραγωγή δέσμης υψηλών Ø Για 1232 διπολικούς μαγνήτες μήκους 14.3 m, το κόστος είναι 0.5 εκατομμύριο CHF για τον καθένα. Ø Ανά τομέα, η αποθηκευμένη ενέργεια φτάνει τα 1.29 GJ. Συνολική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε μαγνήτες ισούται με 11 GJ. Η βασική δομική μονάδα του επιταχυντή είναι το εικονιζόμενο υπεραγώγιμο μαγνητικό δίπολο (Σχήμα 1.9). Ο τοροειδής σωλήνας κενού του διπόλου που εμπεριέχει τη δέσμη, τοποθετείται στο χώρο μεταξύ των πόλων οι οποίοι δεν είναι 22

24 παράλληλοι μεταξύ τούς αλλά εμφανίζουν κάποια κλίση, ώστε το παραγόμενο πεδίο να μειώνεται με την αύξηση της ακτίνας. Ο πυρήνας σιδήρου του ηλεκτρομαγνήτη είναι κατασκευασμένος από σειρά ελασμάτων για την ελαχιστοποίηση των παραγόμενων επαγωγικών ρευμάτων. Παράλληλα, το υλικό πρέπει να έχει μικρό βρόχο υστέρησης αποσκοπώντας στη μείωση των απωλειών. Η μαγνητική ροή του πυρήνα διέρχεται και εφαρμόζεται στο διάκενο των πόλων δημιουργώντας έτσι το απαραίτητο μαγνητικό πεδίο. Επιπλέον, δύο σειρές πηνίων είναι τοποθετημένες πάνω και κάτω από το μέσο επίπεδο συμμετρίας και τις περισσότερες φορές είναι κατασκευασμένες από νηματοειδή καλώδια για τη μείωση των ρευμάτων στροβιλισμού στους αγωγούς. Ο συγκεκριμένος μαγνήτης είναι τύπου C και έχει το πλεονέκτημα της ελεύθερης προσάρτησης του σωλήνα διέλευσης των επιταχυνόμενων σωματιδίων στο διάκενο των πόλων. Τέτοιου τύπου μαγνήτες χρησιμοποιούνται σε σύγχροτα πρωτονίων όπως αυτών του LHC. Σχήμα 1.9: Υπεραγώγιμο μαγνητικό δίπολο του επιταχυντή LHC Στο Σχήμα 1.10 διακρίνονται οι δύο σωλήνες κενού διέλευσης των επιταχυνόμενων σωματιδίων και οι σειρές πηνίων (coils) για κάθε έναν από αυτούς, κάτω από την 23

25 ίδια κατασκευή. Περιβάλλονται από σίδηρο γιατί βοηθάει στην διατήρηση των δυνάμεων στους αγωγούς και αποτελεί το καταλληλότερο μέσο για τη διέλευση της μαγνητικής ροής. Η διάμετρος για κάθε πηνίο είναι 50 mm και η απόσταση των αξόνων των σωλήνων των σωματιδίων είναι 180 mm. Κάθε πηνίο αποτελείται από κελύφη που διαρρέονται από ρεύματα υψηλής πυκνότητας. Όταν τα πηνία διαρρέονται από μεγάλη ποσότητα ρεύματος, πρέπει παράλληλα να βρίσκονται κάτω από πίεση έτσι ώστε να αποφευχθούν τυχόν μετακινήσεις ή παραμορφώσεις τους. Για το λόγο αυτό, έχει επιλεγεί υψηλής αντοχής κράμα αλουμινίου για την κατασκευή των λεγόμενων κολάρων (coils) τα οποία συμπιέζουν τα πηνία δημιουργώντας μέση συμπίεση 55 Ν/mm 3 για το μεσαίο στρώμα και 45 Ν/mm 3 για το εξωτερικό. Ο πυρήνας σιδήρου, με τη σειρά του, είναι χωρισμένος κατακόρυφα σε δύο κομμάτια και συμπιεσμένος από ένα συρρικνωμένο κύλινδρο. Το κενό στον πυρήνα σιδήρου χρειάζεται για να αντισταθμίζεται η διαφορετική θερμική συστολή του πυρήνα και των πηνίων κατά την διάρκεια της ψύξης, από θερμοκρασία δωματίου στους 1.9 Κ. Όλες οι περιοχές μεταξύ των σωλήνων δέσμης σωματιδίων και συστολής του κυλίνδρου εμβαπτίζονται σε υπέρρευστο ήλιο σε ατμοσφαιρική πίεση και ψύχονται με τη βοήθεια δεξαμενών που ανακυκλώνουν ήλιο χαμηλής πίεσης. Μια παράλληλη βασική μονάδα του LHC, είναι τα υπεραγώγιμα μαγνητικά τετράπολα τα οποία παρουσιάζουν παρόμοια κατασκευή με αυτή των διπόλων, ενώ οι δέσμες σωματιδίων είναι σε απόσταση 180 mm από το κέντρο της κάθετης τομής του σχήματος. Τα δύο πηνία του τετράπολου, μοιράζονται τον ίδιο πυρήνα αλλά οι διαστάσεις του καθώς και οι αναπτυσσόμενες δέσμες είναι μικρότερες και έτσι δύο κολάρα περιτριγυρίζουν το εκάστοτε πηνίο. Η λειτουργία των κολάρων όπως και στα δίπολα, είναι για να παρέχουν την απαιτούμενη πίεση στα πηνία κατά την διέλευση του ρεύματος. Σε αντίθεση με τα μαγνητικά δίπολα, τα πηνία των τετραπόλων διαρρέονται με ρεύμα μεταβλητής συχνότητας ενώ για να σκληρύνει η κατασκευή εφαρμόζεται σε 24

26 ολόκληρη την κατασκευή ο σωλήνας αδράνειας, ο οποίος είναι φτιαγμένος από ανοξείδωτο ατσάλι πάχους 15 cm που χρησιμεύει και ως δεξαμενή υγρού ηλίου. Το μήκος του μαγνητικού τετραπόλου είναι περίπου το διπλάσιο από το μήκος του διπολικού μαγνήτη από τη στιγμή που περιλαμβάνει επιπρόσθετα οκταπολικούς και εξαπολικούς συμπληρωματικούς μαγνήτες. Σχήμα 1.10: Διπολικός Υπεραγώγιμος Μαγνήτης 25

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 26

28 2.1 Τα Πειράματα στον LHC Στον LHC εκτελούνται συνολικά έξι πειράματα όπου το κάθε πείραμα είναι ξεχωριστό, και χαρακτηρίζεται από τον ανιχνευτή που χρησιμοποιείται. Παρακάτω αναφέρονται τα έξι πειράματα (Σχήμα 2.1 και Σχήμα 2.2) Το Πείραμα ALICE (A Large Ion Collider Experiment) Ο ανιχνευτής ALICE είναι σχεδιασμένος να μελετήσει μια νέα μορφή της ύλης, το πλάσμα κουάρκ- γλουονίων που προκύπτει από τις συγκρούσεις βαρέων ιόντων. Η μελέτη ύπαρξη τέτοιας μορφής της ύλης πρόκειται να δώσει απαντήσεις σε ουσιώδη ερωτήματα της QCD (Quantum ChromoDynamics). Έτσι, μέσω του ALICE, μελετώνται πλήρως τα παραγόμενα αδρόνια, ηλεκτρόνια, μιόνια και φωτόνια που παράγονται κατά τη σύγκρουση βαρέων πυρήνων (Pb- Pb). To πείραμα περιλαμβάνει επίσης συγκρούσεις με ελαφρύτερα ιόντα και σε χαμηλότερη ενέργεια, έτσι ώστε να διαφοροποιηθεί η ενεργειακή πυκνότητα και ο όγκος αλληλεπίδρασης όπως έδειξαν οι συγκρούσεις πρωτονίου- πυρήνα. Η λήψη δεδομένων κατά τη σύγκρουση πρωτονίων στη μέγιστη ενέργεια (14ΤeV), μπορεί να δώσει δεδομένα στο πρόγραμμα για τα βαρέα ιόντα και να αντιμετωπίσει ένα αριθμό ζητημάτων της φυσικής ισχυρών αλληλεπιδράσεων, αλληλοσυμπληρώνοντας έτσι στη γνώση που θα δώσουν τα υπόλοιπα πειράματα του LHC. 27

29 Σχήμα 2.1: Τα πειράματα που πραγματοποιούνται στον επιταχυντή LHC To Πείραμα CMS (Compact Muon Solenoid experiment) Ο ανιχνευτής CMS είναι το δεύτερο πείραμα γενικής σκοπιμότητας. O CMS είναι ένας ανιχνευτής τόνων, ο οποίος βασίζεται σε ένα μεγάλο και υψηλού πεδίου υπεραγώγιμο μαγνήτη. Οι πιο σημαντικές τεχνικές προκλήσεις έγκειται στη λήψη τεράστιου όγκου δεδομένων σε πολύ υψηλή ταχύτητα και στον έλεγχο της ακρίβειας του ανιχνευτή κάτω από περιβάλλον υψηλού θορύβου. Σκοπός του CMS είναι να αποκαλύψει το υποθετικό μποζόνιο Higgs και να εξετάσει διάφορα 28

30 προσωρινά αναπόδεικτα μοντέλα δομής της ύλης. Έχει επίσης την ικανότητα να αποκαλύψει μη- αναμενόμενα φαινόμενα στις ενέργειες του LHC [1]. Το CMS έχει παρόμοιους στόχους με το πείραμα ATLAS (θα αναφερθεί παρακάτω) αλλά για την υλοποίηση τους ακολουθείται διαφορετικό τεχνικό σχεδιασμό και προσέγγιση. Τέλος, αποτελεί την πολυπληθέστερη συνεργασία στα πλαίσια λειτουργίας του LHC με 2000 και πλέον μέλη προερχόμενα από 181 ιδρύματα σε 38 χώρες Το Πείραμα LHCb (Large Hadron Collider beauty) To πείραμα LHCb είναι αφιερωμένο στην ακριβή μέτρηση της παραβίασης της συμμετρίας CP και στις σπάνιες διασπάσεις των B αδρονίων στον επιταχυντή LHC. Είναι γνωστό ότι ο βαθμός παραβίασης της συμμετρίας CP στο καθιερωμένο πρότυπο των ασθενών αλληλεπιδράσεων, δεν είναι δυνατό να εξηγήσει την ποσότητα της ύλης στο σύμπαν. Έτσι, μια νέα πηγή παραβίασης της συμμετρίας CP πέρα από το καθιερωμένο πρότυπο χρειάζεται για να δώσει απαντήσεις σε αυτό το ερώτημα. Η νέα πηγή με αυτή τη δυνατότητα μπορεί να βρεθεί μέσα από τη μελέτη των δυνατών τρόπων διάσπασης των Β και D μεσονίων. Σε ενέργεια 14 ΤeV, o επιταχυντής LHC θα είναι η πιο πλούσια πηγή Β μεσονίων στον κόσμο. Λόγω του μεγάλου όγκου των Β μεσονίων, ο LHCb πρέπει να διαθέτει ένα αποτελεσματικό και ευαίσθητο σύστημα σκανδαλισμού. Επίσης, απαιτείται πολύ καλή χρονική διακριτική ικανότητα του ανιχνευτή για τη μελέτη της ταχέας ταλάντωσης των Β μεσονίων. Ακόμη, πέρα από την ανίχνευση των e, μ, γ, και π 0, ο ανιχνευτής έχει τη δυνατότητα να αναγνωρίζει πρωτόνια, καόνια και πιόνια Το Πείραμα ΤΟΤΕΜ (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) Το πείραμα TOTEM είναι το μικρότερο σε μέγεθος από τα αναφερόμενα έξι πειράματα που τρέχουν στον επιταχυντή LHC. Είναι ένα ανεξάρτητο πείραμα ενώ είναι τεχνικά ενσωματωμένο στο πείραμα CMS. Το TOTEM λειτουργεί αρχικά μόνο του και στο επόμενο στάδιο συνάμα με το πείραμα CMS σε ένα κοινό πρόγραμμα. Είναι αφιερωμένο στη μέτρηση της συνολικής ενεργού διατομής πρωτονίου- 29

31 πρωτονίου και την μέτρηση του ενεργού μεγέθους του πρωτονίου (proton effective size) καθώς και στη μέτρηση για τον έλεγχο φωτεινότητας στον LHC. Ακόμη, το πείραμα αυτό στοχεύει σε μια μεγαλύτερη κατανόηση της δομής του πρωτονίου Το Πείραμα LHCf (Large Hadron Collider forward) Το πείραμα LHCf είναι αφιερωμένο στη μέτρηση των ουδέτερων σωματιδίων που παράγονται στην πολύ μπροστινή περιοχή των συγκρούσεων στον LHC. Στόχος του είναι να παρέχει δεδομένα για τη βαθμονόμηση των μοντέλων αλληλεπίδρασης μεταξύ αδρονίων που χρησιμοποιούνται στη μελέτη κοσμικών ακτίνων πολύ υψηλής ενέργειας. Η έρευνα στις κοσμικές ακτίνες πολύ υψηλών ενεργειών (ενέργειες πάνω από 1019 ev) έχει μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον μιας και η προέλευση, η διάδοση καθώς και οι αλληλεπιδράσεις τους είναι άγνωστες ενώ είναι πιθανό να δώσουν χρήσιμες πληροφορίες για νέα φυσική. Τέλος, τo πείραμα LHCf αποτελείται από δύο μικρά καλορίμετρα καθένα από τα οποία είναι τοποθετημένο 140 μέτρα από το σημείο αλληλεπίδρασης του πειράματος ATLAS. Σχήμα 2.2: Τα πειράματα στον LHC 30

32 2.2 To Πείραμα ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) Οι Στόχοι του ATLAS O ανιχνευτής ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) αποτελεί την μεγαλύτερη ανιχνευτική διάταξη από άποψη όγκου στο πρόγραμμα του LHC. Καταγράφει σετ μετρήσεων σχετικά με τροχιές, ενέργειες και είδος σωματιδίων που παράγονται στις συγκρούσεις. Αυτό συμβαίνει με τη βοήθεια έξι διαφορετικών ανιχνευτικών υποσυστημάτων του ATLAS που αναγνωρίζουν σωματίδια και μετράνε την ορμή τους. Σημαντικό στοιχείο του ATLAS είναι το σύστημα των μαγνητών που καθοδηγεί και λυγίζει τις δέσμες των φορτισμένων σωματιδίων για τη μέτρηση της ορμής τους. Οι αλληλεπιδράσεις στον ανιχνευτή θα δημιουργήσουν ένα τεράστιο αριθμό δεδομένων (dataflow). Για τη αποθήκευση και επεξεργασία όλων αυτών των μετρήσεων χρειάζεται ένα πολυ εξελιγμένο σύστημα trigger, σύστημα data acquisition και δίκτυο υπολογιστών. Στο πείραμα ATLAS δουλεύουν περισσότεροι από 2900 επιστήμονες προερχόμενοι από 174 ινστιτούτα και από 34 χώρες. Οι προδιαγραφές του ανιχνευτή ATLAS επομένως είναι οι ακόλουθοι: Εξαιτίας των πειραματικών συνθηκών στον επιταχυντή LHC, οι ανιχνευτές απαιτούν γρήγορα και ανθεκτικά ηλεκτρονικά στην ακτινοβολία καθώς και αισθητήρες. Μεγάλη αποδεκτικότητα στη ψευδωκύτητα και σχεδόν πλήρης αζιμουθιακή γωνιακή κάλυψη. Καλή διακριτική ικανότητα στην ορμή των φορτισμένων σωματιδίων και αποτελεσματικότητα στην ανακατασκευή τροχιών στον εσωτερικό ανιχνευτή. Πολύ καλό ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο για αναγνώριση και μετρήσεις ηλεκτρονίων και φωτονίων, συνοδευόμενο από αδρονικό θερμιδόμετρο 31

33 πλήρους κάλυψης για ακριβείς μετρήσεις πιδάκων και ελλείπουσας εγκάρσιας ενέργειας. Καλή αναγνώριση μιονίων και διακριτική ικανότητα ορμής σε ένα μεγάλο εύρος ορμών και ικανότητα ακριβούς προσδιορισμού του φορτίου μιονίων. Υψηλής αποδοτικότητας σκανδαλισμός σε αντικείμενα χαμηλής εγκάρσιας ορμής με επαρκή αποκοπή υποβάθρου. Στην πειραματική φυσική υψηλών ενεργειών, ένα συχνά αναφερόμενο μέγεθος είναι η ψευδοωκύτητα. Η ψευδοωκύτητα είναι μια χωρική συντεταγμένη που περιγράφει τη γωνία που σχηματίζει το διάνυσμα της ορμής ενός σωματιδίου με τον άξονα της δέσμης. Η ψευδοωκύτητα ορίζεται σαν η=- ln[tan(2θ)] όπου θ είναι η γωνία μεταξύ της ορμής p του σωματιδίου και του άξονα της δέσμης. Ένα γράφημα της ψευδοωκύτητας σε συνάρτηση με τη γωνία θ φαίνεται στο Σχήμα 2.3 [2]. Σχήμα 2.3: Η ψευδοωκύτητα σε συνάρτηση με τη γωνία θ 32

34 2.2.2 Δομή του ATLAS O ανιχνευτής ATLAS είναι συμμετρικός και παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.4. Η διάταξη των μαγνητών περιλαμβάνει ένα λεπτό υπεραγώγιμο σωληνοειδές που περιβάλλει την κοιλότητα του εσωτερικού ανιχνευτή και τρία μεγάλα υπεραγώγιμα σπειροειδή διατεταγμένα με αζιμουθιακή συμμετρία γύρω από τα θερμιδόμετρα. Ο εσωτερικός ανιχνευτής βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο του σωληνοειδούς. Λόγω της υψηλής διακριτικής ικανότητας των ημιαγώγιμων ανιχνευτών, (ικανότητα δημιουργίας και ανίχνευσης της ακτινοβολίας μετάβασης) επιτυγχάνεται μέτρηση της ορμής. Το ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο υγρού αργού (LAr) έχει εξαιρετική χωρική και ενεργειακή διακριτική ικανότητα και καλύπτει το εύρος ψευδοωκυτήτων η <3.2. Το αδρονικό θερμιδόμετρο στην περιοχή η <1.7 είναι ένα θερμιδόμετρο σπινθηριστή. Το θερμιδόμετρο περιβάλλεται από το φασματόμετρο μιονίων. Το δακτυλιοειδές σύστημα, περιέχει ένα μακρύ κύλινδρο και δυο μαγνήτες, δημιουργεί ισχυρή κάμψη σε ένα μεγάλο όγκο. Επιτυγχάνεται επομένως εξαιρετική διακριτική ικανότητα ορμής μιονίων ενώ ελαχιστοποιούνται φαινόμενα πολλαπλής σκέδασης με τρία στρώματα θαλάμων τροχιάς υψηλής ακρίβειας. Το φασματόμετρο μιονίων περιέχει θαλάμους σκανδαλισμού με χρονική διακριτική ικανότητα της τάξης ns. Το φασματόμετρο μιονίων ορίζει τις συνολικές διαστάσεις του ανιχνευτή ATLAS. O ρυθμός αλληλεπιδράσεων πρωτονίου- πρωτονίου σε φωτεινότητα cm 2 s 1 είναι περίπου 1 GHz, ενώ ο ρυθμός καταγραφής δεδομένων περιορίζεται σε 200 Hz. Αυτό απαιτεί ένα συνολικό παράγοντα απόρριψης περίπου 5x10 6 για μέγιστη αποδοτικότητα. Το πρώτο επίπεδο σκανδαλισμού χρησιμοποιεί ένα υποσύνολο 33

35 πληροφοριών του συνολικού ανιχνευτή, αποφασίζοντας σχετικά με το εάν θα συνεχίσει την επεξεργασία ενός γεγονότος, μειώνοντας το ρυθμό δεδομένων σε περίπου 75 khz. Τα επόμενα δυο επίπεδα, γνωστά ως σκανδαλισμός υψηλού επιπέδου, είναι το επίπεδο 2 (L2) και το φίλτρο γεγονότων. Παρέχουν μείωση του ρυθμού καταγραφής δεδομένων σε περίπου 200 Hz. Συγκεκριμένα, τα τεχνικά χαρακτηριστικά του ανιχνευτή είναι τα ακόλουθα: I. Ο ανιχνευτής έχει μήκος 46 m, ύψος 25 m και πλάτος 25 m ενώ είναι ο μεγαλύτερος ανιχνευτής που έχει σχεδιαστεί ποτέ. Έχει βάρος 7000 τόνους και βρίσκεται στην τοποθεσία Meyrin της Ελβετίας. Έχει κυλινδρικό σχήμα που αναφέρεται ως barrel plus end cups. II. Αποτελείται από τα εξής κύρια στοιχεία: 1) Εσωτερικός Ανιχνευτής 2) Θερμιδόμετρα 3) Μιονικό Φασματόμετρο 4) Μπροστινοί Ανιχνευτές Σχήμα 2.4: Ο ανιχνευτής ATLAS 34

36 1) ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ Ο Εσωτερικός Ανιχνευτής (Σχήμα 2.5) είναι ο πλησιέστερος ανιχνευτής στην δέσμη και δίνει ακριβείς πληροφορίες για την ορμή και το φορτίο των φορτισμένων σωματιδίων ενώ ταυτόχρονα αναγνωρίζει τις τροχιές. Αποτελείται από: Ø Ημιαγώγιμο Ανιχνευτή Πυριτίου (Pixel Detector) Ø Ημιαγώγιμο Ανιχνευτή Τροχιών (Semi Conductor Tracker) Ø Ανιχνευτή Τροχιών Ακτινοβολίας Μετάπτωσης (Τransition Radiation Tracker) Ø Εσωτερικό Σωληνοειδή Μαγνήτη Βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο 2Τ, που παράγεται από το κεντρικό σωληνοειδές το οποίο εκτείνεται σε μήκος 5.3 m με διάμετρο 2.5 m. Οι ανιχνευτές τροχιάς ακριβείας (pixel και SCT) καλύπτουν την περιοχή η <2.5. Όλοι οι αισθητήρες του ανιχνευτή είναι όμοιοι και έχουν ελάχιστο μέγεθος pixel 50x400 μm 2. O ανιχνευτής pixel έχει περίπου 80.4 εκατομμύρια κανάλια διαβάσματος. Στην περίπτωση των SCT, ο συνολικός αριθμός των καναλιών είναι περίπου 6.3 εκατομμύρια. Τέλος, το σύστημα του εσωτερικού ανιχνευτή παρέχει μετρήσεις τροχιάς σε ένα εύρος που ταιριάζει με τις μετρήσεις ακριβείας του ηλεκτρομαγνητικού θερμιδόμετρου. Οι δυνατότητες αναγνώρισης ηλεκτρονίων αυξάνονται με την ανίχνευση φωτονίων ακτινοβολίας μετάβασης στο αέριο μείγμα ξένου των ανιχνευτών σωλήνων. 35

37 Σχήμα 2.5: Τομή Εσωτερικού Ανιχνευτή 2) ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΑ Tα θερμιδόμετρα υγρού αργού (Ar) του ATLAS αποτελούνται από τέσσερα ξεχωριστά θερμιδόμετρα που χρησιμοποιούν το υγρό αργό ως ενεργό μέσο (Σχήμα 2.6). Το υλικό αλλά και η γεωμετρία αυτών είναι ξεχωριστή σε κάθε θερμιδόμετρο. Σχήμα 2.6: Θερμιδόμετρα 36

38 α) Ηλεκτρομαγνητικό Θερμιδόμετρο Το Ηλεκτρομαγνητικό Θερμιδόμετρο είναι ιδανικό για μετρήσεις ακριβείας ηλεκτρονίων και φωτονίων λόγω της πυκνής διαμέρισής του. Αποτελείται από ένα κυλινδρικό μέρος και δύο εμπρόσθια μέρη. Αποτελείται από ένα στρώμα LAr το οποίο περιστοιχίζεται από πλάκες μολύβδου για απορρόφηση φωτονίων και ηλεκτρονίων. Το πάχος του μολύβδου στις απορροφητικές πλάκες έχει βελτιστοποιηθεί ώστε το ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο να έχει τη μέγιστη διακριτική ικανότητα ως προς την μέτρηση της ενέργειας των σωματιδίων. β) Αδρονικό Θερμιδόμετρο Το Αδρονικό Θερμιδόμετρο χρησιμοποιεί χαλκό σαν παθητικό υλικό και αποτελείται από δύο μέρη: Ø Θερμιδόμετρο Πλακών (Tile Calorimeter): Το ενεργό υλικό του είναι πλακίδια σπινθηρισμού ενώ την απορρόφηση των σωματιδίων αναλαμβάνουν μια σειρά από πλάκες σιδήρου. Ø Εμπρόσθιο Αδρονικό Θερμιδόμετρο LAr: Βρίσκεται ακριβώς μπροστά από το Εμπρόσθιο Ηλεκτρομαγνητικό Θερμιδόμετρο και αποτελείται από στρώματα LAr και χαλκού τα οποία εναλλάσσονται μεταξύ τους. 37

39 3) ΜΙΟΝΙΚΟ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΟ Το Μιονικό Φασματόμετρο μετρά την ορμή των μιονίων με μεγάλη ακρίβεια ανεξάρτητα από τον εσωτερικό ανιχνευτή και αυτό γιατί έχει σχεδιαστεί για να επιτύχει διακριτική ικανότητα ορμής καλύτερη από 10% για εγκάρσιες ορμές μιονίων μέχρι 1 ΤeV. Στο Σχήμα 2.7 φαίνεται το μιονικό φασματόμετρο του ATLAS. Το φασματόμετρο αποτελείται από τα εξής συστήματα: Ø Ø Ø Ø Τοροειδής Μαγνήτης Θάλαμοι Ολίσθησης Θάλαμοι Καθοδικού Συστήματος Θάλαμοι Λεπτού Διάκενου Το μιονικό φασματόμετρο είναι εξοπλισμένο με ένα εξειδικευμένο σύστημα ευθυγράμμισης ώστε να επιτρέπεται μια ακριβής συσχέτιση μεταξύ μετρήσεων διαφόρων μερών του ανιχνευτή. Επίσης, ένα σύνολο από αισθητήρες μαγνητικού πεδίου επιτρέπουν την ανακατασκευή του πεδίου Β, απαραίτητη για την επίτευξη της επιδιωκόμενης διακριτικής ικανότητας ορμής. Επιπρόσθετα, το αναφερόμενο φασματόμετρο συλλέγει κοσμικά μιόνια τα οποία προσφέρουν μια μοναδική ευκαιρία αξιολογήσεις του ανιχνευτή ως προς την αποδοτικότητα, κάλυψη, και διακριτική του ικανότητας. Πολλά εκατομμύρια κοσμικές τροχιές έχουν καταγραφεί και αναλυθεί από τα διάφορα υποσυστήματα. Στο Σχήμα 2.8 φαίνεται το κεντρικό σωληνοειδές, σχεδιασμένο να δημιουργεί μαγνητικό πεδίο 2Τ. 38

40 Σχήμα 2.7: Το μιονικό φασματόμετρο του ATLAS Σχήμα 2.8: Το ολοκληρωμένο κεντρικό σωληνοειδές (ATLAS solenoid coiling) 39

41 1) ΜΠΡΟΣΤΙΝΟΙ ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ Οι μπροστινοί ανιχνευτές του ATLAS (Σχήμα 2.9) είναι τρεις. Η κύρια λειτουργία των δυο πρώτων συστημάτων είναι να προσδιορίσουν τη φωτεινότητα (luminosity) που υπάρχει στον ATLAS. Σε απόσταση 17 m από το σημείο αλληλεπίδρασης, βρίσκεται ο ανιχνευτής LUCID (Luminosity measurement Using Cerenkov Integrating Detector) ο οποίος ανιχνεύει μη- ελαστικές σκεδάσεις στην μπροστινή περιοχή και είναι ο κύριος online μετρητής σχετικής φωτεινότητας στον ATLAS. Ο δεύτερος ανιχνευτής είναι ο ALFA (Absolute Luminosity For ATLAS) και βρίσκεται σε απόσταση 240 m από το σημείο αλληλεπίδρασης. Ο αναφερόμενος ανιχνευτής αποτελείται από ίνες σπινθηριστών. Το τρίτο σύστημα αναφέρεται στο θερμιδόμετρο μηδενικού βαθμού (ZDC) το οποίο παίζει κυρίαρχο ρόλο στον προσδιορισμό της κεντρικότητας των συγκρούσεων των βαρέων ιόντων. Το αναφερόμενο σύστημα είναι τοποθετημένο 140 m από το σημείο αλληλεπίδρασης. Τα μέρη του ZDC αποτελούνται από εναλλασσόμενα στρώματα ράβδων χαλαζία και πλακών βολφραμίου. Σχήμα 2.9: Τομή του Ανιχνευτή ATLAS 40

42 2.3 Ακτινοβολία και Θωράκιση στον ATLAS Στον επιταχυντή LHC, η κύρια πηγή ακτινοβολίας σε πλήρη φωτεινότητα προέρχεται από συγκρούσεις στο σημείο αλληλεπίδρασης. Στον εσωτερικό ανιχνευτή, φορτισμένα αδρόνια από ανελαστικές συγκρούσεις πρωτονίου- πρωτονίου καθώς και νετρόνια κυριαρχούν στο υπόβαθρο ακτινοβολίας. Για να περιορισθούν επομένως, οι συνέπειες της ακτινοβολίας στον ανιχνευτή, ο ATLAS βασίζεται στη χρήση σχεδόν 3000 τόνων θωράκισης. Η θωράκιση βασίζεται σε μια διάταξη τριών στρωμάτων. Το εσωτερικό στρώμα σχεδιάστηκε για να σταματήσει τα αδρόνια υψηλής ενέργειας και τα δευτερογενή σωματίδια. Είναι κατασκευασμένο από υλικά όπως σίδηρο και χαλκό. Ένα δεύτερο στρώμα, αποτελείται από νοθευμένο πολυαιθυλένιο πλούσιο σε υδρογόνο, που χρησιμοποιείται για να περιορίσει την ακτινοβολία νετρονίων που ίσως διαφύγει από το πρώτο στρώμα. Τα νετρόνια χαμηλής ενέργειας συλλαμβάνονται στη συνέχεια από προσμίξεις βορίου. Ακτινοβολία φωτονίων δημιουργείται κατά τη διάρκεια της νετρονικής σύλληψης και αυτά τα φωτόνια σταματούν στο τρίτο στρώμα θωράκισης, το οποίο αποτελείται από ατσάλι και μόλυβδο. 2.4 Αναβάθμιση του LHC- SuperLHC Μετά από 6 χρόνια λήψης δεδομένων σε φωτεινότητα 2*10 33 cm - 2 s - 1, οι εσωτερικοί ανιχνευτές τροχιάς θα φτάσουν τα όρια του υπολογιζόμενου χρόνου ζωής τους και τότε είναι που θα χρειάζονται αντικατάσταση. Στο διάστημα αυτό επίσης, η εσωτερική τριπλέτα τετραπολικών μαγνητών, είναι πιθανό να έχει υποστεί φθορά από τα υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας με αποτέλεσμα να χρειαστεί αντικατάσταση. Επομένως, θα χρειαστεί αναβάθμιση του ATLAS και προσωρινη διακοπή της λειτουργίας του LHC. Ο τελικός στόχος όμως είναι να συνεχίσει το πρωτοποριακό πείραμα και να μπορεί να τρέχει σε υψηλή φωτεινότητα, τουλάχιστον μέχρι το Ο επιταχυντής LHC συνεχίζει ασταμάτητα να δίνει δεδομένα σε ενέργεια 8 ΤeV (center of mass energy) μέχρι και το τέλος του Στη συνέχεια, ο επιταχυντής 41

43 θα διακόψει τη λειτουργία του για το διάστημα 2013 και 2014, αποσκοπώντας στην αναβάθμιση της ενέργειας της δέσμης σε ΤeV καθώς και της φωτεινότητας σε cm - 2 s - 1. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, συλλέγονται δεδομένα μέχρι το τέλος του Ακολούθως, ο επιταχυντής θα σταματήσει εκ νέου τη λειτουργία του για διάστημα 9 μηνών για να λάβει χώρα η φάση 1 της αναβάθμισης. Τα δεδομένα υπό τις νέες συνθήκες θα συλλέγονται μέχρι τα τέλη του Στα τέλη του 2020, ο LHC αναμένεται να σταματήσει εκ νέου τη λειτουργία του για να ξεκινήσει η φάση 2 της αναβάθμισης. Δεδομένα θα συλλέγονται μέχρι και τον Ιούλιο του 2022 κατά τη φάση 2. Ακολούθως, ο επιταχυντής θα σταματήσει εκ νέου τη λειτουργία του για να διεξαχθεί η φάση 3 της αναβάθμισης (slhc). Φάση 1 Κατά τη φάση 1 της αναβάθμισης του LHC, θα γίνουν απαραίτητες αλλαγές που θα επιτρέψουν να φτάσουν στα επίπεδα φωτεινότητας cm - 2 s - 1 και ενέργειας TeV. Οι αλλαγές αυτές περιλαμβάνουν την εγκατάσταση ενός νέου LINAC (LINAC4) και βελτίωση του συστήματος ευθυγράμμισης δέσμης. αλλαγές στο σύστημα σκανδαλισμού του ATLAS. Επίσης, θα υπάρξουν Φάση 2 Κατά τη φάση 2 της αναβάθμισης του LHC, αναμένεται να επιτελεστεί περαιτέρω αναβάθμιση το 2018 (SuperLHC, Super Large Hadron Collider) φτάνοντας σε επίπεδα φωτεινότητας 2x10 34 cm - 2 s - 1 και ενέργειας 14ΤeV (Σχήμα 2.10 και 2.11). Για την επίτευξη αυτού του στόχου, θα εισαχθεί ένας υπεραγώγιμος γραμμικός επιταχυντής (Superconducting Proton Linac), ο οποίος θα μπορεί να επιταχύνει πρωτόνια σε ενέργειες 5 GeV. Επιπλέον, θα εισαχθεί ο επιταχυντής Proton Synchrotron2 (PS2), o οποίος θα μπορεί να επιταχύνει πρωτόνια σε ενέργεια 50 GeV. Ακόμη, θα επιτευχθεί αναβάθμιση στον επιταχυντή Super Proton Synchrotron (SPS). Φάση 3 Κατά τη φάση 3 της αναβάθμισης του LHC, προβλέπονται αναβαθμίσεις στην φωτεινότητα με τιμή 5*10 34 cm - 2 s - 1. Οι αλλαγές θα λάβουν μέρος στο σύστημα 42

44 έγχυσης, ανακατασκευή του SPS με υπεραγώγιμους μαγνήτες, αναβάθμιση των γραμμών μεταφοράς και εγκατάσταση νέων διπολικών μαγνητών πεδίου 15 Τ οι οποίοι θα παράγουν δέσμη ενέργειας 14 TeV [3,4,5]. Σχήμα 2.10: Αναβάθμιση του LHC (slhc) φτάνοντας σε επίπεδα φωτεινότητας 5*10 34 cm - 2 s - 1. Σχήμα 2.11: Το μακροπρόθεσμο πλάνο για την αναβάθμιση του LHC (slhc) φτάνοντας σε επίπεδα φωτεινότητας L = 5x10 34 cm - 2 s

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 44

46 3.1 Γενικά Χαρακτηριστικά των Ανιχνευτών Ευαισθησία (Sensitivity) Η ευαισθησία του ανιχνευτή αναφέρεται στην ικανότητά του να παράγει ένα χρήσιμο σήμα για ένα δεδομένο τύπο ακτινοβολίας και ενέργειας. Επομένως, κανένας ανιχνευτής δεν μπορεί να είναι ευαίσθητος σε όλους τους τύπους ακτινοβολίας σε όλες τις ενέργειες. Αντίθετα, οι ανιχνευτές σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι ευαίσθητοι σε καθορισμένους τύπους ακτινοβολίας για συγκεκριμένες ενέργειες. Η ευαισθησία ενός ανιχνευτή για ένα συγκεκριμένο τύπο ακτινοβολίας και δοσμένης ενέργειας εξαρτάται από παράγοντες όπως: α) την ενεργό διατομή για αντιδράσεις ιονισμού στο ανιχνευτή β) τη μάζα του ανιχνευτή γ) το θόρυβο που σχετίζεται με τον ανιχνευτή δ) το προστατευτικό υλικό που περιβάλλει τον ευαίσθητο όγκο του ανιχνευτή Ο θόρυβος εμφανίζεται σαν μια διακύμανση στην τάση ή στο ρεύμα στην έξοδο του ανιχνευτή και είναι πάντα παρόν είτε υπάρχει ακτινοβολία είτε όχι. Ένας άλλος περιοριστικός παράγοντας, αποτελεί το υλικό από το οποίο σχηματίζεται το παράθυρο εισόδου. Το πάχος αυτού του υλικού θέτει ένα κατώτερο όριο στις ενέργειες οι οποίες μπορούν να ανιχνευθούν Απόκριση Ανιχνευτή (Detector Response) Οι ανιχνευτές πέρα από την ικανότητά τους να ανιχνεύουν την ύπαρξη ακτινοβολίας, μπορούν επίσης να παρέχουν πληροφορίες για την ενέργεια της ακτινοβολίας και αυτό λόγω του ότι το μέγεθος του ιονισμού που παράγεται στον ανιχνευτή είναι ανάλογο της ενέργειας που χάνει η ακτινοβολία στον ενεργό όγκο του ανιχνευτή. Έτσι αν ο ανιχνευτής είναι αρκετά μεγάλος (η ακτινοβολία 45

47 απορροφάται εντελώς) τότε αυτός ο ιονισμός δίνει ένα μέτρο της ενέργειας της ακτινοβολίας. Γενικά, το σήμα εξόδου ενός ανιχνευτή έχει τη μορφή ενός παλμού ρεύματος. Το μέγεθος του ιονισμού τότε, αντικατοπτρίζεται στο ηλεκτρικό φορτίο που περιέχεται σε αυτό το σήμα (το ολοκλήρωμα του παλμού ως προς το χρόνο). Θεωρώντας ότι το σχήμα του παλμού δεν αλλάζει από ένα γεγονός σε ένα άλλο το ολοκλήρωμα τότε είναι ανάλογο με το πλάτος ή το ύψος του παλμού του σήματος. Η σχέση μεταξύ της ενέργειας της ακτινοβολίας και του συνολικού φορτίου ή του ύψους του παλμού του σήματος εξόδου είναι γνωστή σαν απόκριση του ανιχνευτή Ενεργειακή Διακριτική Ικανότητα (Energy Resolution) Η ενεργειακή διακριτική ικανότητα είναι σημαντική παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη για ανιχνευτές σχεδιασμένους να μετράνε την ενέργεια της εισερχόμενης ακτινοβολίας. Επομένως, η ικανότητα αυτή ενός ανιχνευτή οδηγεί στη ικανότητα διάκρισης δυο ακτινοβολιών με περίπου ίσες ενέργειες. Γενικά, η ενεργειακή ικανότητα μπορεί να μετρηθεί στέλνοντας μια μονοενεργειακή δέσμη ακτινοβολίας μέσα στον ανιχνευτή και παρατηρώντας το φάσμα. Ιδανικά, κάποιος θα περίμενε να δει μια δέλτα συνάρτηση αλλά στην πραγματικότητα παρατηρείται μια κατανομή με πεπερασμένο πλάτος (συνήθως Γκαουσιανή). Αυτό το πλάτος εμφανίζεται εξαιτίας των διακυμάνσεων στον αριθμό των ιονισμών και των διεγέρσεων που συμβαίνουν. Η ενεργειακή διακριτική ικανότητα δίνεται συνήθως σε όρους FWHM (Full Width at Half Maximum). Ενέργειες που απέχουν λιγότερο από αυτό το διάστημα, θεωρούνται μη διαχωρίσιμες. Το πλάτος μετρούμενο στο μισό του ύψους στο μέγιστο σημείο της κατανομής της ενέργειας συμβολίζεται με Γ. Η ενεργειακή διακριτική ικανότητα δίνεται είτε σε σχέση με το Γ είτε σε σχέση με το λόγο R(E 0 ) σε ποσοστό. Αυτό παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.1. Η σχέση είναι η ακόλουθη R(E 0 ) = Γ Ε 0 46

48 Σχήμα 3.1: Η ενεργειακή διακριτική ικανότητα μπορεί να απεικονιστεί με την τυπική απόκλιση είτε με το Γ της κατανομής. Γενικά, η διακριτική ικανότητα είναι συνάρτηση της ενέργειας που αποτίθεται στον ανιχνευτή και που ο αναφερόμενος λόγος βελτιώνεται στις ψηλές ενέργειες. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της στατιστικής Poisson που ακολουθούν οι ιονισμοί και οι διεγέρσεις. Η μέση ενέργεια που απαιτείται για ένα ιονισμό είναι ένας σταθερός αριθμός, w, που εξαρτάται μόνο από το υλικό. Για αποτιθέμενη ενέργεια, Ε, κάποιος θα περίμενε κατά μέσο όρο J=E/w ιονισμούς. Επομένως, καθώς η ενέργεια αυξάνεται, ο αριθμός των γεγονότων ιονισμού αυξάνεται προκαλώντας μικρότερες σχετικές διακυμάνσεις. Παράγοντες που επηρεάζουν στην συνεισφορά για τον καθορισμό της ενεργειακής διακριτικής ικανότητας μιας ανιχνευτικής διάταξης αναφέρονται πιο κάτω. Α. Στατιστικές Διακυμάνσεις: Στους ανιχνευτές αερίου είναι σημαντικές μόνο οι αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του ανιχνευτή και δημιουργούν ζεύγη θετικών ιόντων- ηλεκτρονίων. Οι στατιστικές διακυμάνσεις λαμβάνονται ως: σ = Ε W i Πειραματικά έχει αποδειχθεί ότι είναι πολύ μικρότερες από τη συγκεκριμένη τιμή. Οι στατιστικές διακυμάνσεις εκφράζονται μέσω του παράγοντα Fano F που ορίζεται ως: ( τυπική από κλιση του αριθµο ύ ζευγών που δηµιουργούνται) F = αριθµ ός ζευγών που δηµιουργεί ται Έτσι, η προηγούμενη σχέση αναφέρεται ως: 2 47

49 σ = F E W i Οι δυο ακραίες τιμές που μπορεί να πάρει ο παράγοντας Fano είναι 0 για μηδενικές στατιστικές διακυμάνσεις και 1 όπου ο αριθμός των παραγόμενων ζευγών ακολουθεί στατιστική Poisson. Ενδεικτικές τιμές του παράγοντα Fano αναφέρονται στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 3.1). Επίσης, εξαρτάται από τις στατιστικές διακυμάνσεις μέσω της τυπικής απόκλισης μέσω της παρακάτω σχέσης: Γ = 2W i σ i 2ln W σ Ή με τη χρήση του παράγοντα Fano ως εξής: 2ln2W FE Γ = 2 i Έτσι το πλάτος εξαρτάται μαθηματικά από την τετραγωνική ρίζα της ενέργειας. Αν συγκριθούν οι δύο συνεισφορές για δύο διαφορετικούς ανιχνευτές τότε: R R 1 2 Γ1 / Ε = = Γ / Ε 2 W F W F Ο ανιχνευτής με το μικρότερο Wi θα έχει καλύτερη διακριτική ικανότητα. Ένας ημιαγωγικός ανιχνευτής ( Wi ~ 3 ev, F < 0.1) θα έχει καλύτερη διακριτική ικανότητα από ένα ανιχνευτή αερίου ( Wi ~ 30 ev, F 0.2). Πίνακας 3.1: Παράγοντας Fano για κατηγορίες ανιχνευτών και ηλεκτρόνια σε διαφορετικά αέρια. Αέριο- Μίγμα Παράγοντας Fano Ne 0.17 Ar 0.17 Xe 0.17 Ar : C 2 H : Ar : Xe 20 : Ar : Xe 80 : Ar : Kr 80 : Kr : Xe 80 :

50 Β. Ηλεκτρονικός Θόρυβος: Αποτελείται από μια διακύμανση της τάσης γύρω από το μηδέν με μέση τιμή U n 0. Αν δεν υπάρχει θόρυβος τότε το FWHM της κατανομής είναι 0. Αν υπάρχει, τότε στην τάση των παλμών προστίθενται οι τάσεις διακυμάνσεων του θορύβου με αποτέλεσμα οι παλμοί ίδιων σωματιδίων να μην είναι ίσοι σε ύψος με αποτέλεσμα να δημιουργούν κατανομή Gaussian με κέντρο την τάση V που θα είχαν αν δεν υπήρχε ο θόρυβος και το πλάτος Γ (Σχήμα 3.2). n = 2σ n 2ln 2 Σχήμα 3.2: α) Οι παλμοί υπαρτίθενται στο θόρυβο με αποτέλεσμα στο β) να σχηματίζεται μια κατανομή το πλάτος της οποίας εξαρτάται από την τυπική απόκλιση του θορύβου σ n. Γ. Ατελής Συλλογή Φορτίου: Στους ανιχνευτές αερίου το φαινόμενο της ατελούς συλλογής φορτίου συμβάλει λιγότερο σε σχέση με τις στατιστικές διακυμάνσεις. Στους ημιαγωγικούς ανιχνευτές το φαινόμενο αυτό οφείλεται στον εγκλωβισμό των φορέων φορτίου. Το ποσό φορτίου που εγκλωβίζεται είναι ανάλογο με την ενέργεια που εναποτίθεται στον ανιχνευτή. Έτσι, η διακριτική ικανότητα εξαρτάται από το φαινόμενο του εγκλωβισμού των προσπίπτοντων σωματιδίων Συνάρτηση Απόκρισης (Response Function) Η συνάρτηση απόκρισης είναι το φάσμα των παλμών που παρατηρούνται από τον ανιχνευτή καθώς βομβαρδίζεται από μια μονοενεργειακή δέσμη καθορισμένης ακτινοβολίας. Το φάσμα απόκρισης θεωρήθηκε αρχικά ως μια Γκαουσιανή κορυφή. Αν όμως αγνοηθεί το πεπερασμένο πλάτος για λίγο, τότε αυτή συνδέεται με μια συνάρτηση δέλτα. Τότε, αν η απόκριση είναι γραμμική, το φάσμα των παλμών που μετρά ο ανιχνευτής συνδέεται άμεσα με το ενεργειακό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Αυτή αναφέρεται ως η ιδανική περίπτωση. 49

51 Η συνάρτηση απόκρισης ενός ανιχνευτή σε μια δοσμένη ενέργεια προσδιορίζεται από τις διαφορετικές αλληλεπιδράσεις τις οποίες η ακτινοβολίας μπορεί να υποστεί στον ανιχνευτή, από το σχεδιασμό του ανιχνευτή και τέλος από τη γεωμετρία του Χρόνος Απόκρισης (Respose Time) Ο χρόνος απόκρισης ενός ανιχνευτή είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό και μεταφράζεται ως ο χρόνος που χρειάζεται ο ανιχνευτής για να σχηματίσει το σήμα μετά το πέρασμα της ακτινοβολίας. Για καλό συγχρονισμό το σήμα είναι απαραίτητο να σχηματίζεται γρήγορα σε ένα απότομο παλμό, ιδανικά κάθετο. Η διάρκεια του σήματος είναι επίσης σημαντική. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ένα δεύτερο γεγονός δεν μπορεί να γίνει αποδεκτό είτε γιατί ο ανιχνευτής είναι αναίσθητος είτε γιατί το δεύτερο σήμα θα συσσωρευτεί στο πρώτο. Αυτό συνεισφέρει στο νεκρό χρόνο του ανιχνευτή ενώ περιορίζει το ρυθμό απαρίθμησης στον οποίο ο ανιχνευτής θα λειτουργήσει. Δύο χαρακτηριστικοί χρόνοι αναφέρονται ως ο χρόνος ανόδου t r (rise time) και ο χρόνος καθόδου t f (fall time) του παλμού που λαμβάνεται στην έξοδο του ανιχνευτή (Σχήμα 3.3). Οι χρόνοι αυτοί εξαρτώνται από τον χρόνο απόκρισης, την ολική αντίσταση, και την ολική χωρητικότητα του ανιχνευτή. Μικρός χρόνος ανόδου επομένως οδηγεί σε καλό χρονισμό του ανιχνευτικού συστήματος. Σχήμα 3.3: Χρόνος ανόδου (rise time) και χρόνος καθόδου (fall time) του παλμού που λαμβάνεται στην έξοδο του ανιχνευτή. 50

52 3.1.6 Ανιχνευτική Ικανότητα (Detector Efficiency) Όταν ένα σωματίδια διέρχεται μέσα από ένα ανιχνευτή, τότε δεν είναι βέβαιη η καταγραφή της αλληλεπίδρασης που θα προκαλέσει στη διάταξη. Ανάλογα με την ενέργεια, τύπο του σωματιδίου, γεωμετρία, και το υλικό του ανιχνευτή μπορεί να μην αφήσει σήμα όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.4 (σωματίδιο 1), είτε το σήμα να είναι ισχνό ώστε να μην καταγραφεί από τα υπάρχοντα σωματίδια (σωματίδιο 3), είτε να μην καταφέρει να εισέλθεί στον όγκο του ανιχνευτή λόγω του υλικού κατασκευής του (σωματίδιο 4). Η βέλτιστη περίπτωση αναφέρεται στην περίπτωση όπου το σωματίδιο θα εισέλθει στον ανιχνευτή (σωματίδιο 2), θα αλληλεπιδράσει με το αέριο και θα αφήσει ανιχνεύσιμο σήμα. Σχήμα 3.4: Η απόδοση μιας ανιχνευτικής διάταξης αντικατοπτρίζει το ποσοστό των αντιδράσεων που δύναται να ανιχνεύσει η μετρητική συσκευή. Οι αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του ανιχνευτή παράγουν σήμα και αν αυτό είναι ψηλότερο από ένα κατώφλι που τίθεται στον discriminator, τότε καταγράφονται. Η απόδοση ενός ανιχνευτή μπορεί να καθοριστεί είτε με μέτρηση είτε με υπολογισμό. Μέχρι στιγμής έχουν δοκιμαστεί πολλές μέθοδοι παρόλα αυτά η απλούστερη και ίσως η πιο ακριβής μέθοδος υπολογισμού της απόδοσης είναι με τη χρήση μιας βαθμονομημένης πηγής δηλαδή πηγή γνωστής ενεργότητας. Υποθέτοντας ότι η πηγή είναι μονοενεργειακή, σημειακή και ισότροπη εκπέμποντας S σωματίδια ανά δευτερόλεπτο και πως r είναι η μέση τιμή των μετρούμενων σωματιδίων ανά δευτερόλεπτο και Ω είναι η στερεά γωνία τότε η απόδοση υπολογίζεται με βάση την ακόλουθη σχέση: 51

53 Όπου F n ( E) f ( ) = i i E ε ( Ε) r = Ω F ( E) S ο συνδυασμός όλων των διορθωτικών παραγόντων που υπεισέρχονται στα αποτελέσματα και εξαρτάται από την ενέργεια των προσπίπτοντων σωματιδίων. Παρόλο που συνήθως ο υπολογισμός της απόδοσης γίνεται με απευθείας μέτρηση, ο αναλυτικός προσδιορισμός της είναι χρήσιμος καθώς αναδεικνύει σημαντικές παραμέτρους. Αν για παράδειγμα μια παράλληλη δέσμη φωτός προσπίπτει στον ανιχνευτή μήκους L (Σχήμα 3.5), τότε η πιθανότητα μιας τουλάχιστον αλληλεπίδρασης ενός φωτονίου στον ανιχνευτή θα είναι 1- e μl. Εάν μονάχα μια αλληλεπίδραση αρκεί για να παράγει ανιχνεύσιμο σήμα, τότε η απόδοση ισούται με: -µl ε = 1 e όπου και πάλι η απόδοση ε εξαρτάται από το μήκος L του ανιχνευτή, την ενέργεια του φωτονίου και την πυκνότητα του υλικού. Σχήμα 3.5: Παράλληλη δέσμη σωματιδίων διέρχεται από ανιχνευτή μήκους L Τα πράγματα γίνονται πιο περίπλοκα όταν θεωρήσουμε σημειακή, μονοενεργειακή και ισοτροπική πηγή όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.6. Η πιθανότητα αλληλεπίδρασης θα είναι ίδια με πριν, 1- e μr(θ), ενώ η πιθανότητα εκπομπής φωτονίου σε γωνία ανάμεσα σε θ και θ+dθ είναι ½ sinθdθ. Η απόδοση του ανιχνευτή υπολογίζεται από τη σχέση: ε ( Ε) = θ 0 0 S(1 - e S 2 -µr θ 0 0 ( θ) 1 ) sinθdθ 2 sinθdθ Επομένως, η απόδοση καθορίζεται άμεσα από τη γεωμετρία του ανιχνευτή. 52

54 Σχήμα 3.6: Σημειακή, ισοτροπική, μονοενεργειακή πηγή που εκπέμπει από τον κυλινδρικό ανιχνευτή σε απόσταση d Ανενεργός Χρόνος (Dead Time) Ο ανενεργός χρόνος είναι το πεπερασμένο χρονικό διάστημα που απαιτείται από τον ανιχνευτή έτσι ώστε να επεξεργαστεί ένα γεγονός, το οποίο συνήθως συνδέεται με τη διάρκεια του παλμού του σήματος. Ανάλογα με τον τύπο του ανιχνευτή ο ανενεργός χρόνος μπορεί να παραμένει ή να μην παραμένει ευαίσθητος σε άλλα γεγονότα σε αυτό το διάστημα. Αν ο ανιχνευτής παραμένει αναίσθητος όσα γεγονότα συμβούν σε αυτό το διάστημα χάνονται. Αν ο ανιχνευτής διατηρεί την ευαισθησία του, τότε αυτά τα γεγονότα συσσωρεύονται μαζί με τα αρχικά, με αποτέλεσμα την παραμόρφωση του σήματος και απώλεια πληροφορίας από όλα τα γεγονότα. Αυτές οι απώλειες επηρεάζουν επομένως τους παρατηρούμενους ρυθμούς απαρίθμησης και παραμορφώνουν τη χρονική κατανομή μεταξύ των γεγονότων. Γεγονότα επομένως από μια τυχαία πηγή δε θα ακολουθούν πλέον την κατανομή Poisson. Για να αποφευχθούν τα αποτελέσματα του ανενεργού χρόνου, ο ρυθμός απαρίθμησης του ανιχνευτή πρέπει να κρατηθεί αρκετά χαμηλά έτσι ώστε η πιθανότητα να συμβεί ένα δεύτερο γεγονός κατά τη διάρκεια του ανενεργού χρόνου, να είναι μικρή Χωρική Διακριτική Ικανότητα (Spatial Resolution) Για να ανακατασκευαστεί η τροχιά ενός φορτισμένου σωματιδίου σε ένα ανιχνευτή χρειάζεται να ανιχνευθούν οι θέσεις των σωματιδίων αυτών στο χώρο. Η τεχνική που χρησιμοποιείται για αυτό το σκοπό αποτελείται από την παρεμβολή κατά 53

55 μήκος της τροχιάς διαφόρων ευαίσθητων επιπέδων τα οποία είναι ικανά να ανιχνεύσουν τις θέσεις όπου τα σωματίδια πέρασαν. Από όλα αυτά τα σημεία μπορούν επομένως να ανακατασκευαστούν οι τροχιές που ακολούθησαν τα σωματίδια. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των ευαίσθητων επιπέδων είναι η χωρική διακριτική ικανότητα, η οποία είναι η ικανότητα ανακατασκευής του σημείου όπου πέρασε το σωματίδιο. Η αξιολόγηση της χωρικής διακριτικής ικανότητας ενός ανιχνευτή συνίσταται στην ακτινοβόληση του ανιχνευτή με μια δέσμη σωματιδίων και στη μέτρηση των διαφορών μεταξύ των μετρούμενων σημείων πρόσκρουσης από τα πραγματικά. Είναι όμως απαραίτητο να είναι γνωστά τα πραγματικά σημεία πρόσκρουσης των εισερχόμενων σωματιδίων. Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η χρησιμοποίηση ενός γνωστού συστήματος προσδιορισμού τροχιάς με το οποίο είναι δυνατή η μέτρηση αυτών των θέσεων. Παρόλα αυτά μια λύση είναι να χρησιμοποιηθούν μόνο τα ευαίσθητα επίπεδα στον προσδιορισμό της χωρικής διακριτικής ικανότητας. Η χωρική διακριτική ικανότητα είναι η ιδιότητα του ανιχνευτή να διαχωρίζει τη θέση ανάμεσα στα ίχνη που αφήνουν δυο ακτινοβολίες που ανιχνεύονται ταυτόχρονα από τον ίδιο ανιχνευτή. Ως μέτρο της αναφέρεται η τυπική απόκλιση σ ή το FWHM της κατανομής που προκύπτει από τα διαφορετικά ίχνη της ακτινοβολίας, τα οποία συμβάλουν στον προσδιορισμό της τροχιάς που διέγραψε το σωματίδιο μέσα στον ανιχνευτή (residuals) (Σχήμα 3.7). 54

56 Σχήμα 3.7: Η χωρική διακριτική ικανότητα προσδιορίζεται από την τυπική απόκλιση σ της κατανομής των residuals, τα οποία καθορίζουν την τροχιά του σωματιδίου στο εσωτερικό. Στο Σχήμα 3.8 παρουσιάζεται ένα μονοδιάστατο σύστημα καθώς και τρία επίπεδα για να προσδιοριστούν οι συντεταγμένες x1, x2 και x3 της τροχιάς του σωματιδίου σε αντίστοιχα τρεις διαφορετικές θέσεις που περιγράφονται ως d1, d2 και d3. Από την παρεμβολή δυο σημείων μπορεί να ανακατασκευαστεί η τροχιά του σωματιδίου. Σχήμα 3.8: Καθορισμός τροχιάς σωματιδίου Επομένως, για λόγους απλότητας, αν θεωρηθεί ένα μονοδιάστατο σύστημα όπου χρησιμοποιούνται τρεις αισθητήρες για την ανίχνευση των συντεταγμένων x1, x2, x3, της τροχιάς του σωματιδίου σε τρεις διαφορετικές θέσεις d1, d2, d3, ώστε από 55

57 τη θέση των δύο σημείων να υπολογιστεί η θέση του τρίτου. Θεωρώντας τις a και b τις γνωστές θέσεις, υπολογίζεται η τιμή της c: xc x = d b b x d a a d c + x a Η διαφορά της αναμενόμενης τιμής από την πραγματική, το υπόλοιπο είναι: xb xa e = xc xc = xc dc xa d b da Αν θεωρήσουμε την αβεβαιότητα στη μέτρηση της θέσης έχει Γκαουσιανή κατανομή πιθανότητας με απόκλιση σ, τα υπόλοιπα θα έχουν επίσης γκαουσιανή κατανομή πιθανότητας: σ ( κ 1) 2 2 e = σ κ + κ = d b dc d a Επομένως, γνωρίζοντας την απόκριση των υπολοίπων και τη γεωμετρία του συστήματος, μπορεί να υπολογιστεί η χωρική διακριτική ικανότητα σ του ανιχνευτή. 3.2 Ανιχνευτές Αερίων Multiwire Proportional Chamber (MWPC) Ο ανιχνευτής MWPC ανακαλύφθηκε το 1968 από τον G. Charpak. H διάταξη του MWPC καθώς και οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου του φαίνονται στο Σχήμα 3.9. Η χωρική διακριτική ικανότητα στον αναφερόμενο ανιχνευτή εξαρτάται από την απόσταση των ανοδικών συρμάτων και είναι το μισό της τιμής αυτής. Η χρονική διακριτική ικανότητα του MWPC, εξαρτάται από το χρόνο ολίσθησης των ηλεκτρονίων. 56

58 Σχήμα 3.9: α) H διάταξη του Multiwire Proportional Chamber (MWPC) και β) γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου Time Projection Chamber (TPC) Είναι ο πιο εντυπωσιακός από τους ανιχνευτές ιονισμού και η συσκευή Time Projection Chamber είναι ένας τρισδιάστατος ανιχνευτής τροχιάς. Ο ανιχνευτής αυτός είναι κατάλληλος να δώσει πληροφορίες για την τροχιά ενός σωματιδίου καθώς και για την απώλεια ενέργειας ενός σωματιδίου. Ο TPC χρησιμοποιεί ιδέες από τον MWPC και από άλλους ανιχνευτές. Ο TPC είναι ένας κύλινδρος γεμάτος με αέριο και ένα λεπτό ηλεκτρόδιο στο κέντρο του. Όταν εφαρμόζεται τάση, δημιουργείται ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο κατά τη διεύθυνση του άξονα. Τα καπάκια του κυλίνδρου χωρίζονται σε τομείς αναλογικών ανόδων ανάμεσα σε καθοδικές επιστρώσεις. Η δομή του φαίνεται στο Σχήμα 3.10 και Σχήμα H μια 57

59 συντεταγμένη παρέχεται από το ανοδικό σύρμα ενώ η δεύτερη από το σήμα που επάγεται στα καθοδικά στοιχεία κατά μήκος των ανοδικών συρμάτων. Η τρίτη συντεταγμένη δίνεται από το χρόνο ολίσθησης των ηλεκτρονίων ιονισμού. Εξαιτίας του ότι τα σωματίδια ολισθαίνουν σε μεγάλη απόσταση, η διάχυση αποτελεί πρόβλημα. Η λύση στο πρόβλημα αυτό επιτυγχάνεται με την δράση παράλληλου μαγνητικού πεδίου το οποίο περιορίζει τα ηλεκτρόνια σε ελικοειδείς τροχιές γύρω από τη διεύθυνση ολίσθησης. Σχήμα 3.10: Η δομή του Time Projection Chamber (TPC) Σχήμα 3.11: Η ανιχνευτική διάταξη και η αρχή λειτουργίας του Time Projection Chamber (TPC) 58

60 3.2.3 Microstrip Gas Chamber (MSGC) H ανιχνευτική ικανότητα του MWPC καθώς και των ανιχνευτών ολίσθησης περιορίζεται από τα χωρικά φορτία εξαιτίας της παραγωγής αργών θετικών ιόντων. Για τους ανιχνευτές MWPC αυτό δρα ως αναποτελεσματικότητα. Το μειονέκτημα αυτό μπορεί να ξεπεραστεί με την δράση του ανιχνευτή Microstrip Gas Chamber (MSGC), o οποίος ανακαλύφθηκε από τον Α. Oed. H αρχή λειτουργίας του MSGC παρουσιάζεται στο Σχήμα Τα ηλεκτρόδια δεν βρίσκονται με τη μορφή σύρματος αλλά ως λεπτές μεταλλικές λωρίδες (strips) οι οποίες αποτίθενται μέσω φωτολιθογραφίας πάνω σε ένα μονωτικό στρώμα. Οι λωρίδες αυτές συνδέονται με εναλλασσόμενο τρόπο σε θετικό (U a ) και αρνητικό (U C ) δυναμικό. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται η άνοδος και η κάθοδος ενός αναλογικού απαριθμητή πολλών ανόδων. Τα ανοδικά strips έχουν τυπικό πλάτος 10 μm, τα καθοδικά 100 μm ενώ η απόσταση μεταξύ τους είναι συνήθως 120 μm. Τo επίπεδο απέναντι από το επίπεδο των strips σχηματίζεται σε ένα ενδιάμεσο δυναμικό U m. Η δημιουργία της χιονοστιβάδας στο αέριο, επάγει ένα αρνητικό σήμα στα ανοδικά strips και ένα θετικό σήμα στα καθοδικά strips. To κύριο πρόβλημα στον ανιχνευτή MSGC είναι η επιλογή του μονωτικού υποστρώματος. Επομένως, για να μην δημιουργηθούν νέφη ιόντων μεταξύ των strips, χρησιμοποιείται υπόστρωμα με πολύ χαμηλή αγωγιμότητα. 59

61 Σχήμα 3.12: H αρχή λειτουργίας του ανιχνευτή Microstrip Gas Chamber (MSGC) Εξέλιξη Ανιχνευτών Αερίου Παρακάτω, αναφέρεται η εξέλιξη στους ανιχνευτές αερίων σε σχήματα (Σχήμα 3.13) μέχρι την ανακάλυψη και την εξέλιξη του Micromegas: A) 1η Γενιά: Θάλαμος ιονισμού, αναλογικός απαριθμητής, απαριθμητής Geiger- Müller Β) Θάλαμος Σπινθήρων (sparc chamber) Γ) MWPC (πολυσυρματικός αναλογικός θάλαμος) Δ) Θάλαμος Ολίσθησης (drift chamber) Ε) Time Projection Chamber Στ) Micro Strip Gas Chambers Ζ) MICROMEGAS 60

62 A Β 61

63 Γ Δ 62

64 Ε Στ Ζ Σχήμα 3.13: Η εξέλιξη των ανιχνευτών Α- Ζ 63

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 64

66 4.1 Εισαγωγή Ο ανιχνευτής Micromegas (MICROMEsh GAseous Structure) εφευρέθηκε από τους Γ. Γιοματάρη και G. Charpak, το O ανιχνευτής Micromegas είναι ένας ανιχνευτής αερίου (MicroPattern Gaseous Detector, MPGD) που στην ουσία λειτουργεί όπως ένας αναλογικός απαριθμητής και μπορεί να ανιχνεύσει φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια, μιόνια, άλφα) και ουδέτερα (φωτόνια, νε- τρόνια) με κατάλληλη επιλογή αερίου και συνθηκών λειτουργίας. Ο ανιχνευτής είναι κατασκευασμένος από υλικά χαμηλού κόστους ενώ λόγω του απλού μηχανικού σχεδιασμού του, μπορεί να παραχθεί μαζικά [6]. Χαρακτηρίζεται από καλή ενεργειακή διακριτική ικανότητα και μπορεί να ανιχνεύσει φωτόνια πολύ χαμηλής ενέργειας ενώ η πολύ γρήγορη συλλογή φορτίου, επιτρέπει την μέτρηση μεγάλου ρυθμού σωματιδίων. Τα ταχύτητα σήματα (1 ns για ηλεκτρόνια, 100 ns για θετικά ιόντα) δεν περιορίζουν την ικανότητα ανίχνευσης υψηλού ρυθμού σωματιδίων, σε αντίθεση με παραδοσιακούς ανιχνευτές αερίου. Λόγω των ιδιοτήτων του, ο ανιχνευτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ποικίλα πειράματα φυσικής. Μερικά πειράματα που έχουν χρησιμοποιηθεί είναι τα: α) COMPASS (COmmon Muon Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy, CERN) β) TESLA γ) n- TOF (Neutron Time Of Flight, CERN) δ) CAST (CERN Axion Solar Telescope, CERN) ε) NA48 (μελέτη της παραβίασης της συμμετρίας CP, CERN) Επίσης, ο Micromegas έχει προταθεί για την επερχόμενη αναβάθμιση του ανιχνευτή ATLAS ως μέρος του συστήματος ανίχνευσης μιονίων (μιονικό φασματόμετρο) καθώς και για το μελλοντικό ILC (International Linear Collider) ως αδρονικό καλορίμετρο. Ακόμη μελετάται για τα πειράματα νετρίνων χαμηλής ενέργειας όπως το HELLAZ και το NOSTOS. 65

67 4.2 Περιγραφή του Ανιχνευτή O Micromegas είναι ένας ανιχνευτής αερίου με παράλληλα επίπεδα, όπου συγκεκριμένες καινοτόμες ιδιότητες βασίζονται στη στενή περιοχή ενίσχυσης που διαθέτει. Η αναφερόμενη περιοχή βρίσκεται μεταξύ δυο παράλληλων ηλεκτροδίων δηλαδή την κάθοδο και την άνοδο [7]. Η κάθοδος αποτελείται από ένα λεπτό μεταλλικό micromesh, πάχους 45 μm. Η άνοδος αποτελείται από επιχρυσωμένες λωρίδες χαλκού (strips), οι οποίες έχουν γειωθεί μέσω προενισχυτών φορτίου και έχουν εκτυπωθεί χρησιμοποιώντας μεθόδους λιθογραφίας, πάνω σε ένα φύλλο kapton. Το πλάτος των αναφερόμενων λωρίδων καθώς και η απόσταση μεταξύ τους ποικίλουν, ανάλογα με την επιθυμητή χωρική διακριτική ικανότητα. Η διαφορά στην δομή σε σχέση με τους προηγούμενους ανιχνευτές αναφέρεται στην ανταλλαγή των καλωδίων με πυκνό διχτυωτό χάλκινο πλέγμα. Η τεχνολογική πρόκληση σε έναν τέτοιο ανιχνευτή, είναι να κρατηθεί η απόσταση μεταξύ ανόδου- καθόδου σταθερή σε όλη την ενεργό επιφάνεια του ανιχνευτή. Η απόσταση ανόδου- καθόδου διατηρείται σταθερή εγκαθίστανται pillars ανά 2 mm με διάμετρο μm τα οποία τυπώνονται από ένα φιλμ (photoresistive polyamide film) με τη μέθοδο της συμβατικής λιθογραφίας πάνω σε εποξικό υπόστρωμα. Το πάχος του φιλμ καθορίζει και το βάθος της περιοχής ενίσχυσης. Αυτή η τεχνική επέτρεψε την κατασκευή χαμηλού κόστους και μεγάλων ανιχνευτών. Στο Σχήμα 4.1 φαίνεται εικόνα του πλέγματος (micromesh) καθώς και η τεχνική κατασκευής της περιοχής ενίσχυσης (amplification gap). Αρχικά, υπάρχει ένα φύλλο από kapton πάχους 50 μm επιστρωμένο και από τις δυο μεριές, το οποίο τεντώνεται. Το στερεό υλικό (photoresist) πάχους 15 μm που αντέχει σε ακτινοβολία εφαρμόζεται στις δυο πλευρές του επιστρωμένου χαλκού. Ακολούθως, δυο λιθογραφικές μάσκες χρησιμοποιούνται και στις δυο πλευρές του kapton: α) η πρώτη χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των οπών και β) η δεύτερη για τη 66

68 δημιουργία των μονωτικών στύλων (pillar) (Σχήμα 4.2). χαράσσονται ο χαλκός και το kapton δίνοντας το mesh και τα pillars. Στο τελικό στάδιο, Σχήμα 4.1: Τεχνική κατασκευής της περιοχής ενίσχυσης Σχήμα 4.2: Μεγέθυνση από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ενός pillar διαμέτρου 25 μm Σε ποικίλες εφαρμογές, χρησιμοποιείται ένα τρίτο ηλεκτρόδιο, ηλεκτρόδιο ολίσθησης (drift electrode), το οποίο αποτελείται από ένα λεπτό στρώμα Μylar και αλουμινίου πάνω σε υπόστρωμα G10. To ηλεκτρόδιο αυτό τοποθετείται παράλληλα στο mesh και ορίζει την περιοχή μετατροπής. Τα ηλεκτρόνια περνούν 67

69 από το mesh στη περιοχή ενίσχυσης, όπου πολλαπλασιάζονται μέσω του φαινομένου της χιονοστιβάδας. Ανιχνεύσιμα σήματα επάγονται στα ανοδικά strips και στο mesh (Σχήμα 4.3). Σχήμα 4.3: Άνοδος (strips) και κάθοδος (πλέγμα - micromesh) της ανιχνευτικής διάταξης 4.3 Αρχή Λειτουργίας του Ανιχνευτή Micromegas Ο θάλαμος του ανιχνευτή περιέχει αέριο μίγμα που αποτελείται από αργό (Ar) και ένα δεύτερο αέριο που συνήθως είναι είτε ισοβουτάνιο είτε διοξείδιο του άνθρακα. Η αναλογία των δύο ποικίλει ανάλογα με την εκάστοτε εφαρμογή. Στο Σχήμα 4.4 παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του ανιχνευτή. Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο ή ένα φωτόνιο εισέλθει στον θάλαμο στο conversion gap αλληλεπιδρά με τα άτομα του αργού μέσω γνωστών μηχανισμών και ιονίζει τα άτομα του αερίου. δημιουργούνται ζεύγη ελεύθερων ηλεκτρονίων και ιόντων. Έτσι Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια ονομάζονται ηλεκτρόνια ιοντισμού (primary ionization electrons) λόγω του ηλεκτρικού πεδίου και λόγω της διαμόρφωσης του ηλεκτρικού πεδίου του conversion gap όπου σχεδόν όλα τα ηλεκτρόνια περνάνε στο δεύτερο μέρος του θαλάμου (amplification gap). Εκεί λόγω της μικρής απόστασης μεταξύ 68

70 του mesh και των strips, το ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή αυτή είναι πολύ πιο ισχυρό και έτσι επιταγχάνεται περαιτέρω ιονισμός του αερίου. Έτσι πραγματοποιείται πολλαπλασιασμός στα ζεύγη ηλεκτρονίων- ιόντων και εμφάνιση του φαινομένου της χιονοστιβάδας. Λόγω του ηλεκτρικού πεδίου ακολούθως, τα ηλεκτρόνια κινούνται προς την άνοδο (strips) ενώ τα θετικά ιόντα κινούνται προς το mesh. Η περίσσεια φορτίου που δημιουργείται συλλέγεται από τα strips. Η ποσότητα του φορτίου που συλλέγεται είναι ανάλογη της αρχικής ενέργειας του σωματιδίου ή φωτονίου που ήταν υπεύθυνο για τον αρχικό ιονισμό μορίου του αργού. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις παραμέτρους (γεωμετρία, ηλεκτρικό πεδίο, είδος αερίου) η ενέργεια του αρχικού σωματιδίου μπορεί να υπολογιστεί. Σχήμα 4.4: Η αρχή λειτουργίας του ανιχνευτή 69

71 Πίνακας 4.1 Χαρακτηριστικές Τιμές Παραμέτρων Λειτουργίας Micromegas Παράμετρος Χωρική Διακριτική Ικανότητα Χρονική Διακριτική Ικανότητα Χαρακτηριστική Τιμή 12 μm (rms) 0.2 ns (rms) Ενεργειακή Διακριτική Ικανότητα 11% Rise Time για Γρήγορο Σήμα < 1ns Signal To Noise (S/N) για MIP > 100 Πίνακας 4.2: Δομικά στοιχεία του Ανιχνευτή Άνω πλάκα Περιοχή μετατροπής (conversion gap) ~mm Ηλεκτρόδιο ολίσθισης- Κάθοδος Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και 1ος ιονισμός Ε ~ 1-2 kev/cm Μικροπλέγμα Πάχος~5 μm (εφαρμόζεται V<500 V) Περιοχή ενίσχυσης (amplification gap) ~50-100μm Κάτω ηλεκτρόδιο ανόδου Πολυμερές Ε~50 kev/cm, ζεύγη υπόκεινται στο φαινόμενο χιονοστιβάδας Χάλκινες λωρίδες 150 μm x 200 μm, γειωμένες μέσω προενισχυτών υψηλής ενίσχυσης και χαμηλού εσωτερικού θορύβου Kapton 4.4 Ηλεκτρικό Πεδίο Η ομοιομορφία του ηλεκτρικού πεδίου στη περιοχή ενίσχυσης, προσδίδει σταθερότητα στη διεξαγωγή του φαινομένου της χιονοστιβάδας. Όμως, το ηλεκτρικό πεδίο διαταράσσεται γύρω από τις τρύπες του micromesh όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.5 [8]. 70

72 Η γνώση του ηλεκτρικού πεδίου είναι πολύ σημαντική για τη λειτουργία του ανιχνευτή, τόσο για την αποτελεσματικότητα του περάσματος των ηλεκτρονίων μέσα από τις τρύπες όσο όμως και για τη γρήγορη εκκένωση από τα θετικά ιόντα. Με ένα λεπτό πλέγμα micromesh, καθώς το πεδίο στην περιοχή ενίσχυσης είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερο από το πεδίο στη περιοχή μετατροπής, κάθε γραμμή του πεδίου που προέρχεται από την κορυφή του mesh δεν επιστρέφει στο κάτω μέρος του mesh. Επομένως, τα περισσότερα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από τις τρύπες του micromesh και συλλέγονται πλήρως από το ανοδικό ηλεκτρόδιο. Οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου από την κορυφή του mesh παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη γρήγορη συλλογή των θετικών ιόντων. Σχήμα 4.5: Προσομοίωση μορφών των μαγνητικών πεδίων στον Micromegas. 4.5 Αέρια Μέσα στον Ανιχνευτή Τα χαρακτηριστικά που χρησιμοποιούνται στον ανιχνευτή είναι τα ακόλουθα: Α) Υψηλός πρωτογενής ιονισμός μίγματος προκειμένου να φτάσει σε πλήρη αποδοτικότητα με χρήση μικρού στρώματος αερίου. Β) Υψηλή ταχύτητα ολίσθησης για να επιτευχθεί υψηλό σήμα και να διατηρηθεί η κατάληψη του ανιχνευτή σε ένα ρευστό περιβάλλον. Γ) Υψηλός παράγοντας μέγιστης ενίσχυσης αερίου για να συνοδεύει το επίπεδο θορύβου των ηλεκτρονικών. 71

73 Δ) Το μίγμα αερίων δεν θα πρέπει να προκαλεί φθορά στον ανιχνευτή. Μέχρι στιγμής έχει αποδειχθεί ότι το πιο αποδοτικά μίγματα αερίων έχουν ως βάση τα ευγενή αέρια. Ε) Για χρήση σε μαγνητικά πεδία, το μίγμα θα πρέπει να έχει μικρή γωνία Lorentz το οποίο επιτυγχάνεται με ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή ολίσθησης. 4.6 Εφαρμογές που Χρησιμοποιούν τον Micromegas Η υψηλή ανιχνευτική ικανότητα, η εξαιρετική χρονική και χωρική διακριτική ικανότητα του ανιχνευτή σε συνδυασμό με το χαμηλό του κόστος και την αντοχή του στην ακτινοβολία τον κάνουν πολύ χρήσιμο σε εφαρμογές φυσικής υψηλών ενεργειών. Χαρακτηριστικά πειράματα είναι τα ακόλουθα: Πείραμα COMPASS Πείραμα σταθερού στόχου που εκτελείται στο CERN και ο στόχος του είναι η μέτρηση της πόλωσης των γλουονίων μέσα στον πυρήνα. ανιχνευτή micromegas διαστάσεων 40 x 40 cm 2. Χρησιμοποιεί ένα Πείραμα nτοf Είναι μια Ευρωπαϊκή συνεργασία για μετρήσεις υψηλής ακρίβειας της ενεργού διατομής σχάσης και σύλληψης του νετρονίου σε ενέργειες από 1 ev μέχρι 250 ΜeV. O micromegas προτείνεται για δυο λόγους: 1) Η ανίχνευση του νετρονίου θα γίνει μέσω της αντίδρασης 3 Ηe(n,p)t. Θα χρησιμοποιηθεί ανιχνευτής micromegas με μείγμα αερίων 3 He και CF 4. 2) Ο micromegas μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν φωτοανιχνευτής υπεριώδους φωτός. Πείραμα Tesla Εξετάζεται η χρήση του micromegas στο μελλοντικό γραμμικό επιταχυντή Tesla από μια ομάδα φυσικών του Saclay. H βασική ιδέα είναι ο σχεδιασμός ενός βοηθητικού ανιχνευτή, ο οποίος θα τοποθετηθεί στο καπάκι ενός TPC έτσι ώστε να βελτιώσει τη λειτουργία του. 72

74 Πείραμα CAST Ο ανιχνευτής micromegas του πειράματος CAST στο CERN στοχεύει στην ανίχνευση χαμηλής ενέργειας (1-10 kev) ακτίνων Χ οι οποίες προέρχονται από τη μετατροπή αξιονίων μέσα σε ένα μαγνήτη. 4.6 Νέα Γενία- Resistive Micromegas Η χρήση μικροηλεκτρονικής τεχνολογίας είναι υπεύθυνη για την κατασκευή του Micromegas, παρέχοντας ακρίβεια στην λεπτομέρεια που απαιτεί ένας ανιχνευτής με τα χαρακτηριστικά του micromegas όπως εξαιρετική χωρική διακριτική ικανότητα. Εντούτοις, η λεπτή δομή των ηλεκτροδίων κάνει τους ανιχνευτές ιδιαίτερα εύθραυστους και επομένως εύκολα ένας σπινθήρας (spark) θα μπορούσε να τους καταστρέψει κατά τη διάρκεια της λειτουργίας τους. Αναζητώντας την απάντηση για τον προσδιορισμού του spark και πως μπορεί να αποφευχθεί, τότε σε μικρής ποιότητας ανιχνευτικές διατάξεις που δεν χρησιμοποιούνται σε πειράματα, λόγω της μικρής απόστασης ανάμεσα σε άνοδο και κάθοδο (περιοχή ενίσχυσης), διάφορες ατέλειες όπως αμυχές, αιχμηρές άκρες και σκόνη, μπορούν να προκαλέσουν τότε την αύξηση του νεκρού χρόνου ή και βλάβη στον ανιχνευτή. Έτσι κρίνεται αναγκαίο γεγονός ότι η ποιότητα των MPGD πρέπει να είναι καλύτερη από κάθε άλλη ανιχνευτική διάταξη αερίου. Έτσι ο όρος spark αναφέρεται στην εκφόρτιση που μπορεί να συμβεί κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες στην ενεργή περιοχή του ανιχνευτή. Ένα spark συμβαίνει όταν ενέργεια αρκετών kev απελευθερώνεται στο conversion gap του ανιχνευτή. Τότε δημιουργείται ένας μεγάλος αριθμός πρωτογενών ηλεκτρονίων και ιόντων και έχει σαν συνέπεια, όταν δημιουργηθεί το φαινόμενο της χιoνοστοιβάδας, το φορτίο να είναι πολύ υψηλό. Αν τότε το φορτίο ξεπεράσει το όριο Raether, η ενίσχυση μειώνεται με αποτέλεσμα να υπάρχει ισχυρή εκφόρτιση. Έτσι τοπικά το αέριο παύει να συμπεριφέρεται ως διηλεκτρικό και συμπεριφέρεται ως αγωγός. Αυτό έχει σαν συνέπεια το φορτίο να 73

75 διαχέεται στη γύρω περιοχή (mesh, readout strips). Αυτό μπορεί να είναι καταστροφικό, γιατί μπορεί να προκαλέσει τεράστιες φθορές στα ηλεκτρονικά αλλά και στα λεπτά υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένος ο ανιχνευτής όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Δύο είναι οι περιπτώσεις οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν στον να συμβεί ένα spark: Α) Όταν το ηλεκτρικό πεδίο φτάσει σε πολύ υψηλό επίπεδο Β) Υπό φυσιολογικές συνθήκες, όταν δημιουργηθεί ένα σωματίδιο με μεγάλη ιονιστική ικανότητα λόγω αδρονικής αλληλεπίδρασης με υλικό του ανιχνευτή. Σε υψηλής ποιότητας ανιχνευτές που λειτουργούν σε χαμηλές συχνότητες συγκρούσεων (10 Hz/mm 2 ) όπως οι αναφερόμενοι, έχει καθιερωθεί ότι η μέγιστη ενίσχυση καθορίζεται από το όριο Raether (Raether limit, M<108) όπου η χιονοστιβάδα μετατρέπεται σε συνεχή ροή σωματιδίων (streamer). Χαρακτηριστικά σε κάθε ενίσχυση αερίου κατά διαδικασία ιονισμού που σχηματίζονται 10 3 ηλεκτρόνια σε μικρό όγκο, υπάρχει ο κίνδυνος για spark όπως στην περίπτωση των ιονισμένων σωματιδίων που επάγονται από νετρόνια. Αντίθετα, σε υψηλές συχνότητες συγκρούσεων, λόγω φυσικών φαινομένων, η μέγιστη ενίσχυση μειώνεται δραστικά με την αύξηση της συχνότητας. Επομένως, συστηματικές μελέτες απόδειξαν ότι οι εκφορτίσεις στους MPGD είναι πρακτικά αναπόφευκτες. Επίσης, έχουν προταθεί τεχνικές για τη μείωση των βλαβών του ανιχνευτή από sparks μιας και αποτελούν σημαντικό πρόβλημα με περιορισμένη μέχρι στιγμής επιτυχία όπως με διάτμηση των ηλεκτροδίων για τη μείωση της χωρητικότητας που συμβάλει στην εκφόρτωση (Σχήμα 4.6 και Σχήμα 4.7). Οι σύγχρονες λοιπόν απαιτήσεις επιβάλλουν την κατασκευή ανιχνευτών αερίου με μικροδομή με ηλεκτρόδια αυξημένης αντίστασης (resistive electrodes), στοχεύοντας επομένως στα πλεονεκτήματα των MPGD χωρίς το φόβο καταστροφή τους από sparks [9]. Λόγω του spark αυτό που παρατηρείται εξωτερικά είναι η αύξηση του ρεύματος στο mesh που φθάνει σε τιμές της τάξης των μa. Αυτό έχει σαν συνέπεια να υπάρχει νεκρός χρόνος στον ανιχνευτή, γιατί επηρεάζεται η τάση του mesh. Ο νεκρός 74

76 χρόνος αυτός είναι στην ουσία ο χρόνος που χρειάζεται το mesh για να επανέλθει στην τάση λειτουργίας του. Για τη μείωση των sparks δύο είναι οι ενδεικτικοί τρόποι αντιμετώπισης: Α) Η κατάτμηση του mesh σε πολλά κομμάτια Β) Η εναπόθεση ενός resistive layer πάνω από τα readout strips. α 75

77 β Σχήμα 4.6: Δομή του micromegas με αντίσταση (Resistive micromegas) α) πρόσοψη και β) πλάγια όψη Σχήμα 4.7: Η διαδικασία μετάδοσης σήματος στον micromegas με αντίσταση 76

78 Ο πρώτος τύπου ανιχνευτή όπου δοκιμάστηκε αυτή η τεχνολογία είναι ο ανιχνευτής GEM και η νέα τεχνολογία ονομάστηκε RETGEM (Resistive Thick Gas Electron Multiplier). Ο micromegas ήταν ο επόμενος ανιχνευτής όπου επιστρατεύτηκε η τεχνολογία αυτή (Σχήμα 4.8 και Σχήμα 4.9). Αρχικά, δοκιμάστηκε η χρήση μονωμένου πλέγματος (resistive micromesh) από μονωτικό Kapton 100 x C10E5, με αντίσταση της τάξης των MΩ/mm 2, πάχος 20 μm, και διάμετρο οπής 50 μm. Τα πρώτα ήταν μεγέθους 5 x 5 cm 2 και 10 x 10 cm 2. Με βάση αυτά κατασκευάστηκαν micromegas με πλέγμα με αντίσταση (resistive mesh micromegas). Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει είναι α) η γρήγορη απόκριση με μικρό μήκος διαδρομής ιόντων (~100 μm) και ισχυρό πεδίο με γρήγορη συλλογή των ιόντων από την άνοδο και β) οι μηχανικές ατέλειες είναι αμελητέες. Όταν d είναι το μήκος της περιοχής ενίσχυσης, B είναι η σταθερά του αερίου P πίεση και V η τάση τότε ισχύει η σχέση: δm Βd δd = ad 1 Μ V d Για την άνοδο χρησιμοποιήθηκαν μεταλλικά strips ή G- 10 strips επικαλυμμένα με Kapton. Σχήμα 4.8: Σχηματική αναπαράσταση των διαφορών μεταξύ ενός συμβατικού micromegas και ενός micromegas με strips αντίστασης 77

79 Σχήμα 4.9: Σχηματική αναπαράσταση non resistive micromegas Επιπλέον, μία άλλη τεχνική αναφέρεται στην τοποθέτηση πάστας αντιστάτη (10 kω 1 MΩ/mm 2 ) στην περιοχή ανάμεσα στους στύλους υποστήριξης (pillars) και στα strips ανάγνωσης (Σχήμα 4.10). Σχήμα 4.10: Τεχνική βελτίωσης του spark count στον ανιχνευτή με τη χρήση πάστα αντίστατη πάνω από τα strips. Στο επόμενο στάδιο, αναφέρεται η τοποθέτηση ενός φιλμ με αντίσταση της τάξης (10 ΜΩ 10 GΩ/mm 2 ) πάνω σε στρώση κόλλας και ακολούθως εναπόθεση του αναφερόμενου μίγματος στα strips ανάγνωσης. Η τεχνική αυτή είναι γνωστή ως bulk micromegas και αποτέλεσμα της χρήσης αυτής είναι η προστασία από τα sparks καθώς και η ευρεία κατανομή φορτίου στα strips ανάγνωσης (Σχήμα 4.11). Επίσης παρακάτω υπάρχει πίνακας ανιχνευτές που δοκιμάστηκαν. 78

80 Σχήμα 4.11: Bulk micromegas: τεχνική στην οποία γίνεται χρήση ενός φιλμ με υψηλή αντίσταση πάνω σε ένα στρώμα κόλλας όπου είναι τοποθετημένο πάνω από το επίπεδο των strips 4.7 Προγράμματα Προσομοίωσης Maxwell Πρόγραμμα προσομοίωσης ηλεκτρομαγνητικών πεδίων το οποίο στοχεύει στο σχεδιασμό και στην ανάλυση 2D και 3D συσκευών. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων [10]. Magboltz Πρόγραμμα που λύνει τις εξισώσεις μεταφοράς Boltzmann για ηλεκτρόνια σε μείγματα αερίων κάτω από την επίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων [11]. Garfield Πρόγραμμα που έχει σχεδιαστεί για την προσομοίωση 2D και 3D ανιχνευτών ολίσθησης. Συγκεκριμένα το Garfield έχει τη δυνατότητα να: 1) κάνει χαρτογράφηση πεδίου, να παραστήσει ισοδυναμικές καμπύλες και να κάνει 3D γραφήματα. 2) παραστήσει την παραμόρφωση ενός σύρματος λόγω ηλεκτροστατικών και βαρυτικών δυνάμεων. 3) βρει το κατάλληλο δυναμικό για να επιτευχθούν διάφορες συνθήκες. 4) απεικονίσει τις τροχιές ολίσθησης ηλεκτρονίων και ιόντων. 5) δώσει πληροφορίες σχετικά με το χρόνο ολίσθησης. 6) υπολογίσει σήματα που επάγονται από φορτισμένα σωματίδια που διαπερνούν τον ανιχνευτή, λαμβάνοντας υπόψη και το σήμα που επάγουν τα ηλεκτρόνια και το σήμα που επάγουν τα ιόντα. 79

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 80

82 5.1 Εισαγωγή To μιονικό φασματόμετρο αποτελείται από τέσσερις διαφορετικούς τύπους ανιχνευτών οι οποίοι είναι οι ακόλουθοι: 1) Monitored Drift Tubes (MDTs) 2) Cathode Strip Chambers (CSCs) 3) Resistive Plate Chambers (RPCs) 4) Thin Gap Chambers (TGCs) Οι πρώτοι δυο τύποι ανιχνευτών χρησιμοποιούνται για τον ακριβή προσδιορισμό της τροχιάς των μιονίων. Αντιθέτως, ο τρίτος και τέταρτος ανιχνευτής χρησιμοποιείται για σκανδαλισμό και μπορούν να παρέχουν και τη δεύτερη συντεταγμένη της τροχιάς των μιονίων. Για μιόνια ενέργειας 100 GeV, η ακρίβεια μέτρησης της ορμής είναι 3%. Τα ίδια ισχύουν και για τους ανιχνευτές μιονίων στα big και small wheels εκεί όπου οι τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων κάμπτονται από μαγνητικό πεδίο έντασης 1 Τ. Οι CSCs είναι εγκατεστημένοι στα small wheels εκεί που υπάρχει υψηλός ρυθμός γεγονότων. Τα small wheels βρίσκονται μεταξύ του εσωτερικού ανιχνευτή και των τοροιδών μαγνητών. Είναι MWPCs το ένα καθοδικό επίπεδο των οποίων είναι λεπτομερώς κατασκευασμένο έχοντας χωρική διακριτική ικανότητα 60μm στη διεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Το άλλο καθοδικό επίπεδο είναι κατασκευασμένο με λιγότερη λεπτομέρεια προσφέροντας χωρική διακριτική ικανότητα 5 mm κάθετα στη διεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Τα διάφορα μέρη του φασματόμετρου μιονίων φαίνονται στο Σχήμα 5.1 [12]. 81

83 Σχήμα 5.1: Τα διάφορα μέρη του μιονικού φασματόμετρου 5.2 Αναβάθμιση του LHC και του ATLAS Στα τέλη του 2014, η φωτεινότητα (luminocity) στον LHC αναμένεται να φτάσει στα cm 2 s 1. Απο το 2018 ο αναβαθμισμένος LHC, ο slhc (Super LHC) αναμένεται να να φτασει στα 2*10 34 cm 2 s 1,όπως έχει ήδη αναφερθεί. Είναι πιθανό όμως, ανιχνευτές σαν τους CSCs στα small wheels (Σχήμα 5.2) να μην μπορούν να λειτουργήσουν σε τόσο υψηλα επίπεδα φωτεινότητας γι αυτό και θα αντικατασταθούν. ΓΙα αυτό τα small wheels θα εξοπλιστούν με 128 micromegas chambers ( m 2 ). 82

84 Επιπλέον, οι εσωτερικοί δακτύλιοι των ανιχνευτών MDTs (δεξιά στο Σχήμα 5.3) και των ανιχνευτών TGCs (αριστερά στο Σχήμα 5.3) στα Big Wheels δεν θα μπορούν να λειτουργήσουν. Σχήμα 5.2: Ανιχνευτές CSCs, MDTs και TGCs στα Small Wheels Σχήμα 5.3: Εσωτερικοί δακτύλιοι των ανιχνευτών MDTs και TGCs στα Big Wheels 83

85 Υποψήφιοι αντικαταστάτες των ανιχνευτών CSC, είναι οι ανιχνευτές μιονίων που βασίζονται στην τεχνολογία micromegas και συνδυάζουν μετρήσεις ακριβείας και ικανότητα σκανδαλισμού. Οι ανιχνευτές αυτοί βρίσκονται υπό κατασκευή και συνδυάζουν καλές επιδόσεις και χαμηλό κόστος. Εντούτοις, μέχρι στιγμής δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ανιχνευτές μιονίων σε πειράματα με συγκρουστήρες σωματιδίων. Έτσι έχει προταθεί η ανάπτυξη θαλάμων βασισμένων στην bulk- Micromegas τεχνική, η οποία μπορεί να συνδιάσει ακριβή μέτρηση θέσης και trigger functionality στον ίδιο ανιχνευτή. Οι θάλαμοι θα πρέπει να έχουν μέγεθος 1 m x 2 m, όμοιο δηλαδή με τους υπάρχοντες. Τα χαρακτηριστικά τους θα είναι: α) High- rate capability, β) χωρική ανάλυση ~100 μm για γωνίες πρόσκρουσης 45 0, γ) Transverse coordinate resolution ~1 cm, δ) χρονική ανάλυση ~5 ns, ε) level- 1 triggering capability, στ) radiation hardness and good aging properties. Ο ανιχνευτής Micromegas όπως έχει ήδη αναφερθεί, προσφέρει εξαιρετική χωρική διακριτική ικανότητα και υψηλή συχνότητα καταγραφής, ενώ επίσης υπάρχει και η δυνατότητα να συνδυαστεί με άλλα συστήματα, οδηγώντας στο σχηματισμό ενός πλήρους ανιχνευτή σκανδαλισμού. Έτσι, ένας ανιχνευτής σαν τον αναφερόμενου μεγάλου εμβαδού είναι δυνατό να κατασκευαστεί με χαμηλό κόστος, καταχωρώντας όμως τον ανιχνευτή ως ένα ελπιδοφόρο υποψήφιο για την αναβάθμιση του μιονικού φασματόμετρου του ATLAS για τον slhc και συγκεκριμένα στους θαλάμους τροχιών και σκανδαλισμού [13]. Οι ανάγκες που πρέπει να ικανοποιηθούν για την βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών ενός ανιχνευτή που θα συμπεριληφθεί στην αναβάθμιση του ATLAS, είναι μεγάλες σε σχέση με τη συχνότητα των συγκρούσεων που θα παρέχει ο slhc. Κάποιες από τις απαιτήσεις για την κατασκευή του ανιχνευτή αναφέρονται παρακάτω: α) Υψηλή ανιχνευτική απόδοση β) Καλή χωρική διακριτική ικανότητα γ) Μέτρηση σε δύο συντεταγμένες 84

86 δ) Καλή χρονική διακριτική ικανότητα ε) Αντοχή στη γήρανση Επιπλέον, σημαντικό συμπλήρωμα στις αναφερόμενες απαιτήσεις αναφέρεται στο γεγονός ότι το νέο ανιχνευτικό σύστημα, θα πρέπει να συνοδεύεται από τα κατάλληλα ηλεκτρονικά για την αναγνώριση των δεδομένων, τα οποία έπειτα πρέπει να είναι ικανά να λειτουργήσουν με αξιώσεις σε συχνότητες σκανδαλισμού της τάξης των 100 khz. Τέλος, πολύ σημαντική απαίτηση κρίνεται και η αντοχή της ανιχνευτικής διάταξης σε ακτινοβολία για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. 5.3 ΜΑΜΜΑ (Muon Atlas MicroMegas Activity) Ο στόχος του MAMMA (Muon ATLAS Micromegas R&D Activity (MAMMA group)) είναι η ανάπτυξη ανιχνευτών μιονίων μεγέθους (1m x 2m) τεχνολογίας micromegas που συνδυάζουν μετρήσεις τροχιών ακριβείας και δυνατότητες σκανδαλισμού(triggering). Επιπλέον κατασκευή πρωτότυπων MicroMegas ανιχνευτών, έλεγχο της λειτουργίας τους στο εργαστήριο και σε δέσμες ελέγχου. Για να χρησιμοποιηθούν στο περιβάλλον του SLHC θα πρέπει να ικανοποιούν τις παρακάτω προϋποθέσεις: 1) Υψηλό ρυθμό καταγραφής γεγονότων ( 5 khz/cm 2 ) 2) Xωρική διακριτική ικανότητα περίπου 100 μm για γωνίες κρούσης 45 ο 3) Χωρική διακριτική ικανότητα εγκάρσιας συντεταγμένης περίπου 1 cm 4) Xρονική διακριτική ικανότητα 5 ns 5) Υψηλή ανιχνευτική ικανότητα ( 98%) 6) Ικανότητα σκανδαλισμού στο επίπεδο 1 7) Αντοχή στην ακτινοβολία και καλές ιδιότητες γήρανσης 8) Ικανότητα διαχωρισμού τροχιών σε απόσταση 1-2 mm Η ομάδα ΜΑΜΜΑ ξεκίνησε τη δραστηριότητά το 2007 έχοντας ως τελικό στόχο την κατασκευή ενός ανιχνευτή κατάλληλου μεγέθους ώστε να ικανοποιούνται οι 8 προαναφερόμενες απαιτήσεις. Η συνολική επιφάνεια που πρέπει να καλύψουν οι ανιχνευτές τόσο στο εσωτερικό όσο και στο μεσαίο στρώμα ανέρχεται στα 400 m 2. 85

87 Ο micromegas παρέχει καλή λειτουργία, υψηλή ικανότητα απαρίθμησης και έχει χαμηλό κόστος κατασκευής. Παρόλα αυτά όπως έχει αναφερθεί, δεν έχει ποτέ χρησιμοποιηθεί σε μεγάλα πειράματα με συγκρούσεις σωματιδίων. Ανιχνευτές τροχιάς έχουν χρησιμοποιήσει επιτυχώς την τεχνολογία micromegas έχοντας μέγεθος 40 cm x 40 cm με κάθετες τροχιές. Η χρονική διακριτική ικανότητα για το ηλεκτρονικό σήμα είναι 2-4 ns. H απαιτούμενη χωρική διακριτική ικανότητα των 100 μm επιτυγχάνεται εύκολα με έναν micromegas για κάθετες τροχιές και για πλάτος strips μικρότερο από 500 μm. Κάποια ζητήματα που πρέπει να διερευνηθούν αφορούν επίσης την επιλογή του βέλτιστου μείγματος αερίων, την απόσταση μεταξύ των strips και το μέγεθος της περιοχής μετατροπής. Τέλος, θα πρέπει να ελεγχθεί η λειτουργία του ανιχνευτή σε υψηλό υπόβαθρο νετρονίων καθώς και η ευαισθησία στη γήρανση. Σχήμα 5.5: Το πρώτο πρωτότυπο του ανιχνευτή bulk micromegas που κατασκευάστηκε στο CERN το

88 5.4 Test Beam Ιουλίου 2010 Το καλοκαίρι του 2010 (Ιούλιος Αύγουστος) εκτελέστηκε το τελευταίο test beam του MAMMA στο CERN. Η δοκιμή έγινε στο H6 στην τοποθεσία Prévessin. Κατά τη δοκιμή αυτή, ελέχθησαν τρεις resistive micromegas (R11, R12 και R13) και ένας θάλαμος ευρείας επιφάνειας (P3) σε δέσμη θετικών πιονίων ενέργειας 120 GeV/c με εντάσεις 40 khz και 5 khz. Η μελέτη αυτή περιελάμβανε και τις διαφορές μεταξύ δύο αέριων μιγμάτων και συγκεκριμένα Ar : CO 2 85 : 15 και Ar : CO 2 93 : 7 4, καθώς και τις διαφορές δύο διαφορετικών front- end electronics (ALTRO και BNL). Κύριοι στόχοι του test beam ήταν: ü Μελέτη της συμπεριφοράς της τάσης και του ρεύματος σε resistive και συμβατικούς micromegas σε δέσμη αδρονίων. ü Μέτρηση της επίδοσης (χωρική διακριτική ικανότητα και απόδοση) των resistive θαλάμων. ü Μελέτη της επίδοσης των μακριών strips (μεγέθους 0.4 m και 1 m, χωρίς αντίσταση) Πειραματική Διάταξη Η πειραματική διάταξη (Σχήμα 5.6) συναρμολογήθηκε στην περιοχή του H6 σε δέσμη πιονίων ενέργειας 120 GeV/c προερχόμενα από τον SPS. Το πρώτο κομμάτι της διάταξης που συναντάει η δέσμη είναι ένας θάλαμος με σύρματα (wire chamber), και ο οποίος χρησιμοποιείται για την καταγραφή του προφίλ της δέσμης (beam profile). Στη συνέχεια, υπάρχουν τρεις ανιχνευτές micromegas με resistive strips (R11, R12, R13), τοποθετημένοι επάνω σε ένα κινούμενο τραπέζι ώστε να είναι δυνατή η προσομοίωση πρόσπτωσης της δέσμης σε διάφορες γωνίες. Έπειτα, υπάρχουν τρεις ανιχνευτές πυριτίου (Silicon Detectors) προς δοκιμή οι οποίοι αναφέρονται ως Si1, Si3 (Bonn ATLAS Telescope) και ο Si6 με ανεστραμμένο y- άξονα. 87

89 Τέλος, η ανιχνευτική διάταξη περιείχε ένα σύνολο από σπινθηριστές: α) αρχικά ένα σπινθηριστής μικρής επιφάνειας (finger scintilator) για την εστίαση της δέσμης και στη συνέχεια β) έναν οριζόντιο, γ) έναν κάθετο και δ) έναν σπινθηριστή βέτο για τον σκανδαλισμό. Σχήμα 5.6: Πειραματική διάταξη του Test Beam, Ιούλιος

90 Ηλεκτρονικά Τα σήματα που λαμβάνονταν από την αναφερόμενη πειραματική διάταξη κατά τη δοκιμή Test Beam (Ιούλιος 2010), δηλαδή τα δεδομένα από τους ανιχνευτές και τα σήματα ελέγχου από τους σπινθηριστές, ύστερα από την διέλευση τους από λογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα, αποθηκεύονταν σε μαγνητικά αποθηκευτικά μέσα κατανεμημένα σε runs των περίπου δέκα χιλιάδων γεγονότων. Τα ηλεκτρονικά που χρησιμοποιήθηκαν κατά το test beam μπορούν να χωριστούν σε δύο μέρη: α) τα ηλεκτρονικά που χρησιμοποιήθηκαν για την εκκίνηση της καταγραφής δεδομένων (trigger logic) και β) τις ηλεκτρονικές διατάξεις που υπήρχαν στο δωμάτιο ελέγχου (Control Room, CR). Το σήμα που περνούσε επιτυχώς από την trigger logic, κατέληγε για επεξεργασία και καταγραφή επομένως στο δωμάτιο ελέγχου. Το τελευταίο κομμάτι αναφέρεται στην καταγραφή των δεδομένων. Το σήμα από τον micromegas και από τον εκκινητή (trigger logic) φθάνουν στη μονάδα ελέγχου της πλακέτας για καταγραφή δεδομένων (readout control unit) και επομένως όσα ικανοποιούν τις συνθήκες του πειράματος αποθηκεύονται στα μαγνητικά μέσα. Χαρακτηριστικά Θαλάμων Οι θάλαμοι που μελετήθηκαν κατά τη διάρκεια του Test Beam (Ιούλιος 2010) ήταν όπως έχει ήδη αναφερθεί οι resistive micromegas R11, R12, R13 και ο συμβατικός μεγάλης επιφάνειας P3. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους δίνονται στον Πίνακα

91 Πίνακας 5.1: Τεχνικά χαρακτηριστικά των resistive micromegas θαλάμων Όνομα R11 R12 R13 Πλάτος (mm) Μήκος (mm) Ύψος (mm) Πλάτος Mesh (mm) Μήκος Mesh (mm) Κομμάτια Mesh (γραμμές/ίντσα) Mesh Pitch Υλικό Mesh Ανοξείδωτο Ατσάλι Ανοξείδωτο Ατσάλι Ανοξείδωτο Ατσάλι Διάμ. Kαλωδίου Mesh (μm) Περιοχή Ενίσχυσης (μm) Περιοχή Ολίσθησης (mm) Strip Pitch (μm) Πλάτος Strip (μm) Μήκος Strip (mm) Ημερομηνία Απρίλιος 2010 Απρίλιος 2010 Απρίλιος 2010 Κατασκευής Τοποθεσία Η6 Η6 Η6 90

92 5.4.2 Εργαστηριακά Τεστ- MAMMA (R&D Collaboration) Τα αποτελέσματα που αναφέρονται παρακάτω παρουσιάστηκαν στο Συνέδριο: 2012 Symposium on the Progress of the Gaseous Detectors June 2012 Thessaloniki, Greece Τα πειράματα που έγιναν αποτελούν μια ομαδική προσπάθεια η οποία απαρτίζεται από μέλη από τις ακόλουθες πανεπιστημιακές πόλεις: Arizona, Athens (U, NTU, Demokritos), Brookhaven, CERN, Harvard, Istanbul (Bogaziçi, Doğuş), Naples, Seattle, USTC Hefei, CEA Saclay, Stony Brook, South Carolina, St. Petersburg, Shandong, Thessaloniki, Washington. Επίσης, τα ακόλουθα σχήματα αναφέρονται σε αποτελέσματα μετρήσεων που έχουν γίνει. Οι απαιτήσεις που πρέπει να έχει ένας ανιχνευτής είναι οι ακόλουθες: 1. Υψηλή απόδοση στοχεύοντας ταυτόχρονα στην προστασία του από τα sparks ( 10 khz/cm 2, L = 5x10 34 cm - 2 s - 1 ) 2. Χωρική Διακριτική Ικανότητα (Spatial resolution) 100 μm Πίνακας 5.2: Θάλαμοι και Αντιστάσεις Chamber R GND (MΩ) R strip (MΩ/cm) N R :N ro R :1 R :1 R :1 R :1, 2, 3, 4, 72 R :1, 2, 3, 4, 72 R x- y readout R x- y readout R x- y readout R xuy readout 91

93 Σχήμα 5.7: Εικόνα από τον R16 Σχήμα 5.8: Το διάγραμμα παρουσιάσει το Gain του R12 και R13 resistive Micromegas για αναλογίες Ar:CO 2 (93:7 και 85:15). 92

94 Σχήμα 5.9: Το διάγραμμα παρουσιάζει το Cu X- Ray Peak ως προς το Rate (Hz/cm 2 ) σε πηγή 55 Fe για αναλογίες Ar:CO 2 (85:15).. Σχήμα 5.10: Το διάγραμμα παρουσιάζει την τάση της πηγής 55 Fe σε σχέση με την απόσταση (cm) στον R12 και R13. 93

95 Σχήμα 5.11: Το διάγραμμα παρουσιάζει την τάση της πηγής 55 Fe σε σχέση με την απόσταση (mm) στον R12 και R13. Σχήμα 5.12: Η επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας (μέγιστη τιμή Cosmic MPV). 94

96 Σχήμα 5.13: Το διάγραμμα παρουσιάζει το Transparency του R12 και R13 για αναλογίες Ar:CO 2 (93:7 και 85:15) Τest Beam - Ιούλιος Τον Ιούλιο του 2012 έγινε καταγραφή δεδομένων χρησιμοποιώντας 8 micromegas θαλάμους (Τ1- Τ8) οι οποίοι ελέγχθηκαν σε δέσμες πιονίων ενέργειας 120 GeV/c. Το αέριο του κάθε ανιχνευτή περιέχει 93% Ar και 7% CO 2. Οι θάλαμοι είναι τοποθετημένοι σε ζεύγη όπως φαίνεται στα σχήματα 5.14 και Κατα τη διάρκεια του ελέγχου της τροχιάς τοποθετήθηκαν κάθετα στη δέσμη και στη συνέχεια υπό συγκεκριμένες γωνίες (10 0,20 0,30 0,40 0 ). 95

97 Σχήμα 5.14: Διάταξη των Τ1- Τ8 στο εργαστήριο. Σχήμα 5.15: Γραφική αναπαράσταση γεγονότος για γωνία θ. 96

Ανιχνευτές CERN. Πως καταγράφονται τα σωματίδια που δημιουργούνται από τις συγκρούσεις;

Ανιχνευτές CERN. Πως καταγράφονται τα σωματίδια που δημιουργούνται από τις συγκρούσεις; Ανιχνευτές CERN Τι είναι; Είναι «μηχανήματα» τα οποία «φωτογραφήζουν» τις τροχιές των σωματιδίων και ανιχνεύουν νέα σωματίδια που προκύπτουν από τις συγκρούσεις των δεσμών, όπως το Μποζόνιο Χιγκς. Υπάρχουν

Διαβάστε περισσότερα

Ευτράπελα σχετικά με τον επιταχυντή LHC και τους ελέφαντες. Μετάφραση του Fun facts about LHC and elephants του Πανεπιστημίου του Birmingham

Ευτράπελα σχετικά με τον επιταχυντή LHC και τους ελέφαντες. Μετάφραση του Fun facts about LHC and elephants του Πανεπιστημίου του Birmingham Ευτράπελα σχετικά με τον επιταχυντή LHC και τους ελέφαντες Μετάφραση του Fun facts about LHC and elephants του Πανεπιστημίου του Birmingham LHC Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων O LHC είναι ο μεγαλύτερος

Διαβάστε περισσότερα

Ο ΜΕΓΑΛΟΣ ΑΔΡΟΝΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ (Large Hadron Collider = LHC) ΣΤΟ CERN

Ο ΜΕΓΑΛΟΣ ΑΔΡΟΝΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ (Large Hadron Collider = LHC) ΣΤΟ CERN Ο ΜΕΓΑΛΟΣ ΑΔΡΟΝΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ (Large Hadron Collider = LHC) ΣΤΟ CERN Η ΕΛΛΑΔΑ ΣΥΜΜΕΤΕΧΕΙ ΣΤΗΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ (το μεγαλύτερο και καλύτερο έργο υψηλής τεχνολογίας του κόσμου)

Διαβάστε περισσότερα

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες) Q3-1 Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες) Παρακαλείστε να διαβάσετε τις Γενικές Οδηγίες στον ξεχωριστό φάκελο πριν ξεκινήσετε το πρόβλημα αυτό. Σε αυτό το πρόβλημα θα ασχοληθείτε με τη Φυσική

Διαβάστε περισσότερα

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες) Q3-1 Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες) Παρακαλείστε να διαβάσετε τις Γενικές Οδηγίες στον ξεχωριστό φάκελο πριν ξεκινήσετε το πρόβλημα αυτό. Σε αυτό το πρόβλημα θα ασχοληθείτε με τη Φυσική

Διαβάστε περισσότερα

Πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός. Επιταχυντές. Τα πιο ισχυρά μικροσκόπια

Πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός. Επιταχυντές. Τα πιο ισχυρά μικροσκόπια Πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός Επιταχυντές Τα πιο ισχυρά μικροσκόπια Γιώργος Φανουράκης Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. Δημόκριτος Η Φυσική στο Προσκήνιο Ελληνική Ομάδα Εκλαΐκευσης

Διαβάστε περισσότερα

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16 Διάλεξη 13: Στοιχειώδη σωμάτια Φυσική στοιχειωδών σωματίων Η φυσική στοιχειωδών σωματιδίων είναι ο τομέας της φυσικής ο οποίος προσπαθεί να απαντήσει στο βασικότατο ερώτημα: Ποια είναι τα στοιχειώδη δομικά

Διαβάστε περισσότερα

Q2-1. Πού βρίσκεται το νετρίνο; (10 μονάδες) Theory. Μέρος A. Η Φυσική του Ανιχνευτή ATLAS (4.0 μονάδες) Greek (Greece)

Q2-1. Πού βρίσκεται το νετρίνο; (10 μονάδες) Theory. Μέρος A. Η Φυσική του Ανιχνευτή ATLAS (4.0 μονάδες) Greek (Greece) Πού βρίσκεται το νετρίνο; (10 μονάδες) Q2-1 Κατά τη σύγκρουση δύο πρωτονίων σε πολύ υψηλές ενέργειες μέσα στο Μεγάλο Ανιχνευτή Αδρονίων (Large Hadron Collider ή LHC), παράγεται ένα πλήθος σωματιδίων, όπως

Διαβάστε περισσότερα

To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι

To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδιακής φυσικής στον κόσµο. Η ίδρυσή του το έτος 1954

Διαβάστε περισσότερα

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων Επιταχυντές σωματιδίων Η γνώση που έχουμε μέχρι σήμερα αποκτήσει για τον μικρόκοσμο, τη δομή της ύλης, την πυρηνοσύνθεση στα άστρα ή σε άλλα βίαια αστρικά φαινόμενα, αλλά ακόμη και για τις πρώτες στιγμές

Διαβάστε περισσότερα

Theory Greek (Cyprus) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες)

Theory Greek (Cyprus) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες) Q3-1 Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες) Σας παρακαλούμε να διαβάσετε προσεκτικά τις Γενικές Οδηγίες που υπάρχουν στον ξεχωριστό φάκελο πριν ξεκινήσετε την επίλυση του προβλήματος. Σε αυτό

Διαβάστε περισσότερα

ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΚΑΒΑΛΑΡΗ ΑΝΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΔΟΥ ΙΩΑΝΝΑ ΚΟΥΣΟΥΝΗ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ

ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΚΑΒΑΛΑΡΗ ΑΝΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΔΟΥ ΙΩΑΝΝΑ ΚΟΥΣΟΥΝΗ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΚΑΒΑΛΑΡΗ ΑΝΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΔΟΥ ΙΩΑΝΝΑ ΚΟΥΣΟΥΝΗ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ Είναι «μηχανήματα» τα οποία θα «φωτογραφήσουν» τις τροχιές των σωματιδίων και θα ανιχνεύσουν νέα σωματίδια που ενδεχομένως θα προκύψουν

Διαβάστε περισσότερα

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη ΙΙ, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 9 Μαρτίου

Διαβάστε περισσότερα

Η κατακόρυφη τομή...

Η κατακόρυφη τομή... Το CERN γεννήθηκε στη Γενεύη της Ελβετίας το 1954 από 12 ευρωπαϊκές χώρες μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα. Σήμερα, απαρτίζεται από 20 κράτη μέλη (τα κράτη-μέλη της Ευρωπαϊκής Ενωσης, τις ΗΠΑ, Ινδία, Ισραήλ,

Διαβάστε περισσότερα

Μαγνητικό πεδίο.

Μαγνητικό πεδίο. Μαγνητικά πεδία Μαγνητικό πεδίο Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από κινούμενα ηλεκτρικά φορτία (π.χ. γύρω από έναν αγωγό που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα) Αναπαριστάνεται με δυναμικές γραμμές που είναι

Διαβάστε περισσότερα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Το πείραμα στο CERN και ο σκοπός του. Το «πολυπόθητο» μποζόνιο Higgs. Μηχανισμοί ανίχνευσης του μποζονίου Higgs. και τι περιμένουμε;

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Το πείραμα στο CERN και ο σκοπός του. Το «πολυπόθητο» μποζόνιο Higgs. Μηχανισμοί ανίχνευσης του μποζονίου Higgs. και τι περιμένουμε; ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Το πείραμα στο CERN και ο σκοπός του Το «πολυπόθητο» μποζόνιο Higgs Μηχανισμοί ανίχνευσης του μποζονίου Higgs και τι περιμένουμε; Στη μήκους 27 χιλιομέτρων και διαμέτρου 3,8 μέτρων σήραγγα,

Διαβάστε περισσότερα

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια ΠΗΓΕΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια π.χ. 60 Co, 137 Cs, Sr, Επιταχυντικές μηχανές π.χ. επιταχυντές e, επιταχυντές ιόντων Y Πυρηνικοί αντιδραστήρες π.χ. ακτινοβολία-γ, νετρόνια

Διαβάστε περισσότερα

Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012

Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012 Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012 Οι ερευνητές του πειράματος Compact Muon Solenoid (CMS) στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) θα παρουσίασουν αποτελέσματα πανω σε μια εξαιρετικά

Διαβάστε περισσότερα

Πληροφορίες για την δέσμη Τ9 και τις πειραματικές εγκαταστάσεις

Πληροφορίες για την δέσμη Τ9 και τις πειραματικές εγκαταστάσεις Πληροφορίες για την δέσμη Τ9 και τις πειραματικές εγκαταστάσεις Η δέσμη πρωτονίων, που έρχεται από τον επιταχυντή PS, προσκρούει στον Βόρειο στόχο, δημιουργώντας έτσι τα σωματίδια της δέσμης Τ9. Οι σύγκρουση

Διαβάστε περισσότερα

Μιόνιο μ ±. Mass m = ± MeV Mean life τ = ( ± ) 10 6 s τμ+/τ μ = ± cτ = 658.

Μιόνιο μ ±. Mass m = ± MeV Mean life τ = ( ± ) 10 6 s τμ+/τ μ = ± cτ = 658. Μιόνιο μ ±. Mass m = 105.6583715 ± 0.0000035 MeV Mean life τ = (2.1969811 ± 0.0000022) 10 6 s τμ+/τ μ = 1.00002 ± 0.00008 cτ = 658.6384 m Παραγωγή μιονίων π ± μ ± + ν μ ( 100%) K ± μ ± + ν μ. ( 63,5%)

Διαβάστε περισσότερα

+ E=mc 2! Οι επιταχυντές επιλύουν δυο προβλήματα :

+ E=mc 2! Οι επιταχυντές επιλύουν δυο προβλήματα : Επιταχυντές 1 Γιατί Χρειαζόμαστε τους Επιταχυντές; Οι επιταχυντές επιλύουν δυο προβλήματα : 1. Αφού όλα τα σωματίδια συμπεριφέρονται σαν κύματα, χρησιμοποιώντας επιταχυντές αυξάνουμε την ορμή των σωματιδίων,

Διαβάστε περισσότερα

Κωστής Χαλκιαδάκης, φυσικός. Συσκάκης Γιάννης, φυσικός. 10 Ερωτήσεις και 10 απαντήσεις για το CERN

Κωστής Χαλκιαδάκης, φυσικός. Συσκάκης Γιάννης, φυσικός. 10 Ερωτήσεις και 10 απαντήσεις για το CERN Κωστής Χαλκιαδάκης, φυσικός Συσκάκης Γιάννης, φυσικός 10 Ερωτήσεις και 10 απαντήσεις για το CERN 1. Τι είναι το CERN To CERN είναι Ευρωπαϊκό Ερευνητικό κέντρο που ασχολείται με τη μελέτη της φυσικής των

Διαβάστε περισσότερα

Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΠΗΓΗ ΝΕΑΣ ΓΝΩΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΝΕΣΗΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Ν. ΓΑΖΗΣ Καθηγητής Πειραµατικής Φυσικής Στοιχειωδών Σωµατιδίων, ΕΜΠ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

Large Hardron Collider (LHC)

Large Hardron Collider (LHC) 1 Large Hardron Collider (LHC) Ο LHC είναι ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων που έχει ποτέ κατασκευαστεί. Βρίσκεται εγκατεστημένος στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Χρησιμοποιεί

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ: Π. ΚΑΛΟΓΕΡΑΚΟΣ (ΦΥΣΙΚΟΣ)

ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ: Π. ΚΑΛΟΓΕΡΑΚΟΣ (ΦΥΣΙΚΟΣ) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ: Π. ΚΑΛΟΓΕΡΑΚΟΣ (ΦΥΣΙΚΟΣ) 1 Η Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) είναι κοσμολογική θεωρία σύμφωνα με την οποία το σύμπαν δημιουργήθηκε από μια υπερβολικά πυκνή και θερμή κατάσταση, πριν από

Διαβάστε περισσότερα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Η ΕΝΑ ΤΑΞΕΙΔΙ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ ΜΕΧΡΙ... ΤΗΝ ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΡΗΞΗ!! ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Ν. ΓΑΖΗΣ Καθηγητής Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων, ΕΜΠ Αναπληρωτής Εθνικός Εκπρόσωπος στο CERN ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ

Διαβάστε περισσότερα

Ανάλυση δεδοµένων του πειράµατος DELPHI Μέτρηση των ποσοστών διάσπασης του µποζονίου Ζ

Ανάλυση δεδοµένων του πειράµατος DELPHI Μέτρηση των ποσοστών διάσπασης του µποζονίου Ζ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ II Χ. Πετρίδου,. Σαµψωνίδης Ανάλυση δεδοµένων του πειράµατος DELPHI Μέτρηση των ποσοστών διάσπασης του µποζονίου Ζ http://wyp.physics.auth.gr/physics.htm Σκοπός O σκοπός της

Διαβάστε περισσότερα

Νετρίνο το σωματίδιο φάντασμα

Νετρίνο το σωματίδιο φάντασμα Νετρίνο το σωματίδιο φάντασμα Ι. Ρίζος Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Θεωρητικής Φυσικής 2/10/2012 Διαλέξεις υποδοχής πρωτοετών φοιτητών Τμήματος Φυσικής Στοιχειώδη Σωματίδια Κουάρκς Φορείς αλληλεπιδράσεων

Διαβάστε περισσότερα

Δύο Συνταρακτικές Ανακαλύψεις

Δύο Συνταρακτικές Ανακαλύψεις Δύο Συνταρακτικές Ανακαλύψεις στα Όρια των Διαστάσεων του Χώρου Απόστολος Δ. Παναγιώτου Ομότιμος Καθηγητής Πανεπιστημίου Αθηνών Επιστημονικός Συνεργάτης στο CERN Σώμα Ομοτίμων Καθηγητών Πανεπιστήμιου Αθηνών

Διαβάστε περισσότερα

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 15/2/2011

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 15/2/2011 Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ Μάθηµα 1ο 15/2/2011 Τι θα συζητήσουμε σήμερα Γενικά στοιχεία για τα πειράματα Στοιχειωδών σωματιδίων Γενικά - χαρακτηριστικά επιταχυντών ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία Γραμμικοί

Διαβάστε περισσότερα

Εκλαϊκευτική Ομιλία. Θεοδώρα. Παπαδοπούλου, Ομ. Καθηγήτρια Φυσικής, ΕΜΠ Μέλος του Συμβουλίου Πελοποννήσου. Ημερίδα CERN Τρίπολη, 13 Νοεμβρίου 2013

Εκλαϊκευτική Ομιλία. Θεοδώρα. Παπαδοπούλου, Ομ. Καθηγήτρια Φυσικής, ΕΜΠ Μέλος του Συμβουλίου Πελοποννήσου. Ημερίδα CERN Τρίπολη, 13 Νοεμβρίου 2013 Εκλαϊκευτική Ομιλία Θεοδώρα. Παπαδοπούλου, Ομ. Καθηγήτρια Φυσικής, ΕΜΠ Μέλος του Συμβουλίου Πελοποννήσου Ημερίδα CERN Τρίπολη, 13 Νοεμβρίου 2013 1 Περιεχόμενα Η γνώση μας για τα Στοιχειώδη Σωματίδια σήμερα

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Σκοπός της Άσκησης: Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι α) η κατανόηση της αρχής λειτουργίας των μηχανών συνεχούς ρεύματος, β) η ανάλυση της κατασκευαστικών

Διαβάστε περισσότερα

Ανιχνευτές σωματιδίων

Ανιχνευτές σωματιδίων Ανιχνευτές σωματιδίων Προκειμένου να κατανοήσουμε την φύση του πυρήνα αλλά και να καταγράψουμε τις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων εκτός των επιταχυντικών συστημάτων και υποδομών εξίσου απαραίτητη

Διαβάστε περισσότερα

Διάλεξη 22: Παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις

Διάλεξη 22: Παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις Διάλεξη 22: Παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις Το 1956 ο Lee και ο Yang σε μια εργασία τους θέτουν το ερώτημα αν η πάριτη δηλαδή η κατοπτρική συμμετρία παραβιάζεται ή όχι

Διαβάστε περισσότερα

διατήρησης της μάζας.

διατήρησης της μάζας. 6. Ατομική φύση της ύλης Ο πρώτος που ισχυρίστηκε ότι η ύλη αποτελείται από δομικά στοιχεία ήταν ο αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος Δημόκριτος. Το πείραμα μετά από 2400 χρόνια ήρθε και επιβεβαίωσε την άποψη αυτή,

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ CERN ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ CERN ΜΕΓΑΛΕΣ ΦΥΣΙΟΓΝΩΜΙΕΣ ΤΟΥ CERN ΚΑΙ ΤΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ CERN ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ CERN ΜΕΓΑΛΕΣ ΦΥΣΙΟΓΝΩΜΙΕΣ ΤΟΥ CERN ΚΑΙ ΤΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ Τελική εργασία Α1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ CERN ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ CERN ΜΕΓΑΛΕΣ ΦΥΣΙΟΓΝΩΜΙΕΣ ΤΟΥ CERN ΚΑΙ ΤΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΤΟΥ CERN ΣΤΗ ΖΩΗ

Διαβάστε περισσότερα

Η ασφάλεια στον LHC Ο Μεγάλος Επιταχυντής Συγκρουόµενων εσµών Αδρονίων (Large Hadron Collider, LHC) είναι ικανός να επιτύχει ενέργειες που κανένας άλλος επιταχυντής έως σήµερα δεν έχει προσεγγίσει. Ωστόσο,

Διαβάστε περισσότερα

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16 Σύγχρονη Φυσική - 06: Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων /0/6 Διάλεξη 9: Αντιδραστήρες σύντηξης Αντιδραστήρες σύντηξης Δεδομένου ότι η πυρηνική σύντηξη αποτελεί μια σχεδόν ανεξάντλητη πηγή

Διαβάστε περισσότερα

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 24/4/2007

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 24/4/2007 Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ Μάθηµα 1ο 24/4/2007 Τα πειράµατα στη Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων (παρόν-µέλλον) Πολύπλοκα: δέσµες επιταχυντών Επιταχυντές δεσµών Σωµατιδίων Κατασκευή ανιχνευτή Ηλεκτρονικά

Διαβάστε περισσότερα

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμ ιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη ΙΙ, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 23 Φεβρουαρίου

Διαβάστε περισσότερα

ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ «Επιταχύνοντας» την Επιστήμη Η διαδραστική έκθεση του CERN στην Αθήνα

ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ «Επιταχύνοντας» την Επιστήμη Η διαδραστική έκθεση του CERN στην Αθήνα ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ «Επιταχύνοντας» την Επιστήμη Η διαδραστική έκθεση του CERN στην Αθήνα Δελτίο Τύπου Επιταχύνοντας την Επιστήμη H διαδραστική έκθεση του CERN στην Αθήνα Την εντυπωσιακή διαδραστική έκθεση που

Διαβάστε περισσότερα

Cosmotron. Το COSMOTRON ενέργειας 3 GeV ήταν το πρώτο σύγχροτρο πρωτονίων που τέθηκε σε λειτουργία το 1952.

Cosmotron. Το COSMOTRON ενέργειας 3 GeV ήταν το πρώτο σύγχροτρο πρωτονίων που τέθηκε σε λειτουργία το 1952. Εισαγωγή στους Επιταχυντές II Δρ. Eμμανουήλ λ Τσεσμελής (CERN) 24-2525 Ιουνίου 2008 Cosmotron Βrookhaven National Laboratory (BNL) Το COSMOTRON ενέργειας 3 GeV ήταν το πρώτο σύγχροτρο πρωτονίων που τέθηκε

Διαβάστε περισσότερα

Ένα Εργαστήριο για την Υφήλιο

Ένα Εργαστήριο για την Υφήλιο Ένα Εργαστήριο για την Υφήλιο Το CERN 1 είναι το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο για την Έρευνα στη Φυσική των Στοιχειωδών Σωματιδίων, το μεγαλύτερο στον κόσμο ερευνητικό κέντρο στον τομέα του. Η ίδρυσή του, το έτος

Διαβάστε περισσότερα

Το Μποζόνιο Higgs. Το σωματίδιο Higgs σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο

Το Μποζόνιο Higgs. Το σωματίδιο Higgs σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο 1 Το Μποζόνιο Higgs 29/05/13 Σκοποί: I. Να απαντήσει στο ερώτημα του τι είναι ακριβώς το σωματίδιο Higgs. II. Να εισάγει τους διάφορους τρόπους παραγωγής και μετάπτωσης του Higgs. III. Να δώσει μία σύντομη

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγη στους ανιχνευτες σωματιδιων στο CERN

Εισαγωγη στους ανιχνευτες σωματιδιων στο CERN Εισαγωγη στους ανιχνευτες σωματιδιων στο CERN...και ισως μερικες πιθανες ιδεες για τους μαθητες σας Προγραμμα Ελληνων καθηγητων, CERN 18-21/04/2016 Οι επιταχυντες στο CERN: αναπαραγουν σε καθωρισμενο χωρο

Διαβάστε περισσότερα

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Μάθημα 1

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Μάθημα 1 Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο 2013-14 Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου Μάθημα 1 α) Ύλη, τρόπος διαβάσματος και εξέτασης β) Εισαγωγή στο αντικείμενο - Πείραμα Rutherford,

Διαβάστε περισσότερα

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

ηλεκτρικό ρεύμα ampere Ηλεκτρικό ρεύμα Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο ρυθμός με τον οποίο διέρχεται ηλεκτρικό φορτίο από μια περιοχή του χώρου. Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού ρεύματος στο σύστημα SI είναι το ampere (A). 1 A =

Διαβάστε περισσότερα

Παρατήρηση νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV Πείραμα CMS, CERN 4 Ιουλίου 2012

Παρατήρηση νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV Πείραμα CMS, CERN 4 Ιουλίου 2012 Παρατήρηση νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV Πείραμα CMS, CERN 4 Ιουλίου 2012 Σύνοψη Σε ένα κοινό σεμινάριο σήμερα μεταξύ του CERN και του συνεδρίιου "ICHEP 2012" [1] στη Μελβούρνη, οι ερευνητές του πειράματος

Διαβάστε περισσότερα

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα ΔΙΑΛΕΞΗ 17 Εισαγωγή στον Μαγνητισμό Μαγνητικό πεδίο ΦΥΣ102 1 Μαγνήτες και μαγνητικά πεδία

Διαβάστε περισσότερα

Τεχνολογία του LHC- Κατασκευές. Τίνα Νάντσου Παιδαγωγική Υπεύθυνη Playing with Protons Ελλάδα 2017

Τεχνολογία του LHC- Κατασκευές. Τίνα Νάντσου Παιδαγωγική Υπεύθυνη Playing with Protons Ελλάδα 2017 Τεχνολογία του LHC- Κατασκευές Τίνα Νάντσου Παιδαγωγική Υπεύθυνη Playing with Protons Ελλάδα 2017 Μεγάλη Έκρηξη Πρωτόνιο Άτομο Ιός Γή LHC Γαλαξίες Σύμπαν Οι νόμοι της φυσικής στις πρώτες στιγμές μετά

Διαβάστε περισσότερα

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΦΑΚΩΝ. Ηλεκτροστατικοί και Μαγνητικοί Φακοί Βασική Δομή Μαγνητικών Φακών Υστέρηση Λεπτοί Μαγνητικοί Φακοί Εκτροπές Φακών

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΦΑΚΩΝ. Ηλεκτροστατικοί και Μαγνητικοί Φακοί Βασική Δομή Μαγνητικών Φακών Υστέρηση Λεπτοί Μαγνητικοί Φακοί Εκτροπές Φακών ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΦΑΚΩΝ Βασική Δομή Μαγνητικών Φακών Υστέρηση Λεπτοί Μαγνητικοί Φακοί Εκτροπές Φακών ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΠΤΙΚΗ ΓΥΑΛΙΝΟΙ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΙ ΦΑΚΟΙ Οι φακοί χρησιμοποιούνται για να εκτρέψουν μία

Διαβάστε περισσότερα

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Αγωγιμότητα στα μέταλλα Η κίνηση των ατόμων σε κρυσταλλικό στερεό Θερμοκρασία 0 Θερμοκρασία 0 Δ. Γ. Παπαγεωργίου Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων dpapageo@cc.uoi.gr http://pc164.materials.uoi.gr/dpapageo

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ 1. Οι δυναμικές γραμμές ηλεκτροστατικού πεδίου α Είναι κλειστές β Είναι δυνατόν να τέμνονται γ Είναι πυκνότερες σε περιοχές όπου η ένταση του πεδίου είναι μεγαλύτερη δ Ξεκινούν

Διαβάστε περισσότερα

Ηλιακά νετρίνα. Εικόνα 1 Πυρηνικές αντιδράσεις στο κέντρο του ηλίου. * σ ve : 9.3*10-45 cm 2 (E/Mev) 2

Ηλιακά νετρίνα. Εικόνα 1 Πυρηνικές αντιδράσεις στο κέντρο του ηλίου. * σ ve : 9.3*10-45 cm 2 (E/Mev) 2 Ηλιακά νετρίνα. Γνωρίζουμε ότι ενέργεια που ακτινοβολεί ο ήλιος, παράγεται από θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στον πυρήνα του ηλίου. Στα προϊόντα των αντιδράσεων περιλαμβάνεται μεγάλος αριθμός νετρίνων. Μπορούμε

Διαβάστε περισσότερα

Η απορρόφηση των φωτονίων από την ύλη βασίζεται σε τρεις µηχανισµούς:

Η απορρόφηση των φωτονίων από την ύλη βασίζεται σε τρεις µηχανισµούς: AΣΚΗΣΗ 5 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ-γ (1 o ΜΕΡΟΣ) - Βαθµονόµηση και εύρεση της απόδοσης του ανιχνευτή - Μέτρηση της διακριτικότητας ενέργειας του ανιχνευτή 1. Εισαγωγή Η ακτινοβολία -γ είναι ηλεκτροµαγνητική

Διαβάστε περισσότερα

Μαθηµα Φεβρουαρίου 2011 Tuesday, February 22, 2011

Μαθηµα Φεβρουαρίου 2011 Tuesday, February 22, 2011 Μαθηµα 2 0 21 Φεβρουαρίου 2011 Βασικές Ιδιότητες των Επιταχυντών Σωµατιδίων Το είδος των σωµατιδίων που επιταχύνονται Η ενέργεια στην οποία επιταχύνονται τα σωµατίδια Το ποσοστό της ενέργειας της δέσµης

Διαβάστε περισσότερα

Ο ανιχνευτής CMS. O ρόλος και ο σχεδιασµός του ανιχνευτή. Το CMS και τα κοµµάτια του. Από τα κοµµάτια στο σύστηµα. Συµπεράσµατα και προσδοκίες.

Ο ανιχνευτής CMS. O ρόλος και ο σχεδιασµός του ανιχνευτή. Το CMS και τα κοµµάτια του. Από τα κοµµάτια στο σύστηµα. Συµπεράσµατα και προσδοκίες. Ο ανιχνευτής CMS O ρόλος και ο σχεδιασµός του ανιχνευτή. Το CMS και τα κοµµάτια του Από τα κοµµάτια στο σύστηµα. Συµπεράσµατα και προσδοκίες. Ο ρόλος του επιταχυντή και των ανιχνευτών είναι αλληλένδετος.

Διαβάστε περισσότερα

Η συμβολή του Τοπογράφου Μηχανικού σε εργασίες υψηλής ακρίβειας Η περίπτωση του ερευνητικού κέντρου CERN

Η συμβολή του Τοπογράφου Μηχανικού σε εργασίες υψηλής ακρίβειας Η περίπτωση του ερευνητικού κέντρου CERN ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΝΙΚΗΣ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ CONSEIL EUROPÉEN POUR LA RECHERCHE NUCLÉAIRE EUROPEAN COUNCIL FOR NUCLEAR RESEARCH

Διαβάστε περισσότερα

The Large Hadron Collider @ CERN Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

The Large Hadron Collider @ CERN Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων The Large Hadron Collider @ CERN Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων Αντώνης Παπανέστης Rutherford Appleton Laboratory Μεγάλη Βρετανία Rutherford Appleton Laboratory Σύντομο βιογραφικό 44 ο Γυμνάσιο

Διαβάστε περισσότερα

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Αγωγιμότητα στα μέταλλα Η κίνηση των ατόμων σε κρυσταλλικό στερεό Θερμοκρασία 0 Θερμοκρασία 0 Δ. Γ. Παπαγεωργίου Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων dpapageo@cc.uoi.gr http://pc164.materials.uoi.gr/dpapageo

Διαβάστε περισσότερα

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16 Διάλεξη 15: Νετρίνα Νετρίνα Τα νετρίνα τα συναντήσαμε αρκετές φορές μέχρι τώρα: Αρχικά στην αποδιέγερση β αλλά και αργότερα κατά την αποδιέγερση των πιονίων και των μιονίων. Τα νετρίνα αξίζει να τα δούμε

Διαβάστε περισσότερα

Σύγχρονη Φυσική - 2012: Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

Σύγχρονη Φυσική - 2012: Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15 Διάλεξη 14: Μεσόνια και αντισωματίδια Μεσόνια Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως (διάλεξη 13) η έννοια των στοιχειωδών σωματίων άλλαξε πολλές φορές μέχρι σήμερα. Μέχρι το 1934 ο κόσμος των στοιχειωδών σωματιδίων

Διαβάστε περισσότερα

Καλώς Ορίσατε στο CERN

Καλώς Ορίσατε στο CERN Καλώς Ορίσατε στο CERN Το Ευρωπαϊκό Ερευνητικό Κέντρο Σωματιδιακής Φυσικής CERN - Σήμερα και στο Μέλλον... Ευάγγελος ΓΑΖΗΣ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο CERN / 21 Αυγούστου 2016 1 Περιεχόμενα της Ομιλίας

Διαβάστε περισσότερα

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση Αλληλεπιδράσεις νετρονίων Το νετρόνιο ως αφόρτιστο νουκλεόνιο παίζει σημαντικό ρόλο στην πυρηνική φυσική και στην κατανόηση των πυρηνικών αλληλεπιδράσεων.

Διαβάστε περισσότερα

Ο ανιχνευτης CMS. Ρολος και ο σχεδιασμος του ανιχνευτη. Το CMS και τα κομματια του Από τα κομματια στο συστημα. Συμπερασματα και προσδοκιες.

Ο ανιχνευτης CMS. Ρολος και ο σχεδιασμος του ανιχνευτη. Το CMS και τα κομματια του Από τα κομματια στο συστημα. Συμπερασματα και προσδοκιες. Ο ανιχνευτης CMS Ρολος και ο σχεδιασμος του ανιχνευτη. Το CMS και τα κομματια του Από τα κομματια στο συστημα. Συμπερασματα και προσδοκιες. Ανδρομαχη Τσιρου Ο ρολος του επιταχυντη και των ανιχνευτων είναι

Διαβάστε περισσότερα

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς. Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς. Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη ΙΙ, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης,

Διαβάστε περισσότερα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Α Στις ερωτήσεις Α1-Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και, δίπλα, το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή φράση η οποία συμπληρώνει σωστά την ημιτελή

Διαβάστε περισσότερα

Το μποζόνιο Higgs (Σωματίδιο του Θεού) και ο ρόλος του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή στην Ανακάλυψη του Ομάδα Μαθητών:

Το μποζόνιο Higgs (Σωματίδιο του Θεού) και ο ρόλος του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή στην Ανακάλυψη του Ομάδα Μαθητών: 1 Το μποζόνιο Higgs (Σωματίδιο του Θεού) και ο ρόλος του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή στην Ανακάλυψη του Ομάδα Μαθητών: Ιωάννου Παναγιώτης, Λεωνίδου Άντρεα, Βαφέα Ραφαέλα, Παναρέτου Κατερίνα Συντονιστής

Διαβάστε περισσότερα

Νέες εξελίξεις στους μικροανιχνευτές σωματιδίων με ευγενές αέριο: ο ανιχνευτής micromegas. Κωνσταντίνος Κουσουρής

Νέες εξελίξεις στους μικροανιχνευτές σωματιδίων με ευγενές αέριο: ο ανιχνευτής micromegas. Κωνσταντίνος Κουσουρής Νέες εξελίξεις στους μικροανιχνευτές σωματιδίων με ευγενές αέριο: ο ανιχνευτής micromegas Κωνσταντίνος Κουσουρής Περίληψη Περιγραφή και κατασκευή Αρχή λειτουργίας Ανίχνευση φωτονίων Επιδόσεις Χρήσεις και

Διαβάστε περισσότερα

Πρόοδος µαθήµατος «οµικής και Χηµικής Ανάλυσης Υλικών» Χρόνος εξέτασης: 3 ώρες

Πρόοδος µαθήµατος «οµικής και Χηµικής Ανάλυσης Υλικών» Χρόνος εξέτασης: 3 ώρες 21 Οκτωβρίου 2009 Πρόοδος µαθήµατος «οµικής και Χηµικής Ανάλυσης Υλικών» Χρόνος εξέτασης: 3 ώρες 1) α. Ποια είναι η διαφορά µεταξύ της ιονίζουσας και της µη ιονίζουσας ακτινοβολίας; β. Ποιες είναι οι γνωστότερες

Διαβάστε περισσότερα

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ Η σχέση της σ κάθε τρόπου απορρόφησης φωτονίων-γ από το νερό συναρτήσει της ενέργειας των φωτονίων φαίνεται στο σχήμα: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ

Διαβάστε περισσότερα

Καλώς Ήρθατε στο CERN

Καλώς Ήρθατε στο CERN Καλώς Ήρθατε στο CERN Δρ. Γιάννης Παπαφιλίππου Τμήμα Επιταχυντών 05 Novembre 2003 1 1949-1950: Πρώτες προσπάθειες δημιουργίας Ευρωπαϊκού κέντρου έρευνας στη Φυσική 1952: Ίδρυση Ευρωπαϊκού Συμβουλίου για

Διαβάστε περισσότερα

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ SPECT

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ SPECT ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ SPECT ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Δ. ΚΟΥΤΣΟΥΡΗΣ Εισαγωγή Πυρηνική Ιατρική: διαγνωστικές και θεραπευτικές διαδικασίες που απαιτούν την εισαγωγή ραδιενέργειας στον οργανισμό με ενδοφλέβια ένεση,

Διαβάστε περισσότερα

Αναζητώντας παράξενα σωματίδια στο A LargeIonColliderExperimnent. MasterClasses : Μαθήματα στοιχειωδών σωματιδίων

Αναζητώντας παράξενα σωματίδια στο A LargeIonColliderExperimnent. MasterClasses : Μαθήματα στοιχειωδών σωματιδίων Αναζητώντας παράξενα σωματίδια στο A LargeIonColliderExperimnent MasterClasses : Μαθήματα στοιχειωδών σωματιδίων Σωματίδια, σωμάτια... Εκτός από τα διάσημα πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια, υπάρχουν πολλά

Διαβάστε περισσότερα

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β )

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β ) ΘΕΜΑ Α ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β ) ΚΥΡΙΑΚΗ 13/04/2014 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΔΕΚΑΤΡΕΙΣ (13) ΟΔΗΓΙΕΣ ΑΥΤΟΔΙΟΡΘΩΣΗΣ Στις ερωτήσεις Α1

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 11. Προσδιορισμός του πηλίκου του φορτίου προς τη μάζα ενός ηλεκτρονίου

ΑΣΚΗΣΗ 11. Προσδιορισμός του πηλίκου του φορτίου προς τη μάζα ενός ηλεκτρονίου ΑΣΚΗΣΗ 11 Προσδιορισμός του πηλίκου του φορτίου προς τη μάζα ενός ηλεκτρονίου Σκοπός : Να προσδιορίσουμε μια από τις φυσικές ιδιότητες του ηλεκτρονίου που είναι το πηλίκο του φορτίου προς τη μάζα του (/m

Διαβάστε περισσότερα

Εκπαιδευτική Αξιοποίηση του CERN στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση

Εκπαιδευτική Αξιοποίηση του CERN στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Εκπαιδευτική Αξιοποίηση του CERN στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Ράπτη Μαρία Φυσικός - Πληροφορικός Δρ Καλαθάκη Μαρία Σχολική Σύμβουλος ΦΕ Δυτικής Κρήτης To CERN («Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών»)

Διαβάστε περισσότερα

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

ηλεκτρικό ρεύµα ampere Ηλεκτρικό ρεύµα Το ηλεκτρικό ρεύµα είναι ο ρυθµός µε τον οποίο διέρχεται ηλεκτρικό φορτίο από µια περιοχή του χώρου. Η µονάδα µέτρησης του ηλεκτρικού ρεύµατος στο σύστηµα SI είναι το ampere (A). 1 A =

Διαβάστε περισσότερα

Και τα τρία σωμάτια έχουν σπιν μονάδα.

Και τα τρία σωμάτια έχουν σπιν μονάδα. Καθιερωμένο Πρότυπο W και Z μποζόνια Στη φυσική, τα W και Z μποζόνια είναι τα στοιχειώδη σωμάτια που μεταδίδουν την ασθενή αλληλεπίδραση. Η ανακάλυψή τους στο CERN το 1983 αντιμετωπίστηκε ως μια σπουδαία

Διαβάστε περισσότερα

Νετρίνα υπερ-υψηλών ενεργειών UHE

Νετρίνα υπερ-υψηλών ενεργειών UHE Νετρίνα υπερ-υψηλών ενεργειών UHE Πλεονεκτήματα των μετρήσεων με νετρίνα: Διεισδυτικά,μπορούν να διασχίσουν τα κοσμικά νέφη. Για ένεργειες E ν > 5*10 14 ev, οι ακτίνες γ σκεδάζονται στο CMΒ, E ν >10 13

Διαβάστε περισσότερα

Κοσμολογία & Αστροσωματιδική Φυσική Μάγδα Λώλα CERN, 28/9/2010

Κοσμολογία & Αστροσωματιδική Φυσική Μάγδα Λώλα CERN, 28/9/2010 Κοσμολογία & Αστροσωματιδική Φυσική Μάγδα Λώλα CERN, 28/9/2010 Η φυσική υψηλών ενεργειών µελετά το µικρόκοσµο, αλλά συνδέεται άµεσα µε το µακρόκοσµο Κοσµολογία - Μελέτη της δηµιουργίας και εξέλιξης του

Διαβάστε περισσότερα

1.Η δύναμη μεταξύ δύο φορτίων έχει μέτρο 120 N. Αν η απόσταση των φορτίων διπλασιαστεί, το μέτρο της δύναμης θα γίνει:

1.Η δύναμη μεταξύ δύο φορτίων έχει μέτρο 120 N. Αν η απόσταση των φορτίων διπλασιαστεί, το μέτρο της δύναμης θα γίνει: ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΛΟΓΩΝ Ηλεκτρικό φορτίο Ηλεκτρικό πεδίο 1.Η δύναμη μεταξύ δύο φορτίων έχει μέτρο 10 N. Αν η απόσταση των φορτίων διπλασιαστεί, το μέτρο της δύναμης θα γίνει: (α)

Διαβάστε περισσότερα

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000 Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Ζήτηµα 1ο Στις ερωτήσεις 1-5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1. Σύµφωνα

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 27 Μαγνητισµός. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Κεφάλαιο 27 Μαγνητισµός. Copyright 2009 Pearson Education, Inc. Κεφάλαιο 27 Μαγνητισµός Περιεχόµενα Κεφαλαίου 27 Μαγνήτες και Μαγνητικά πεδία Τα ηλεκτρικά ρεύµατα παράγουν µαγνητικά πεδία Μαγνητικές Δυνάµεις πάνω σε φορτισµένα σωµατίδια. Η ροπή ενός βρόχου ρεύµατος.

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΘΕΜΑ Α ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 0 ΜΑΪΟΥ 015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Στις ερωτήσεις Α1-Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή γή στη Φυσική των Επιταχυντών II Γ. Παπαφιλίππου Τμήμα Επιταχυντών -CERN

Εισαγωγή γή στη Φυσική των Επιταχυντών II Γ. Παπαφιλίππου Τμήμα Επιταχυντών -CERN γή στη Φυσική των στη Φυσική τω ων Επιταχυντώ ών Επιταχυντών II Γ. Παπαφιλίππου Τμήμα Επιταχυντών -CERN Επιμορφωτικό πρόγραμμα Ελλήνων καθηγητών CERN, Ιούλιος 2008 1 Βασικές αρχές δυναμικής των επιταχυντών

Διαβάστε περισσότερα

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN. Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ. 3ο Λύκειο Γαλατσίου 2011-2012

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN. Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ. 3ο Λύκειο Γαλατσίου 2011-2012 ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ 3ο Λύκειο Γαλατσίου 2011-2012 Υπεύθυνοι καθηγητές Μαραγκουδάκης Επαμεινώνδας και Φαράκου Γεωργία ΤΟ ΠΑΝΗΓΥΡΙ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση Πρωτόνια και νετρόνια. Το πρότυπο των κουάρκ για τα νουκλεόνια. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής Κουάρκ: τα δομικά στοιχεία των αδρονίων ΑΣΚΗΣΗ Διασπάσεις σωματιδίων

Διαβάστε περισσότερα

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000 Ζήτηµα 1ο Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2 Στις ερωτήσεις 1-5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1. Σύµφωνα µε το πρότυπο

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ / ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ / ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΤΑΞΗ: ΜΑΘΗΜΑ: ΘΕΜΑ Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ / ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Ηµεροµηνία: Μ. Τετάρτη 8 Απριλίου 2015 ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Στις ηµιτελείς προτάσεις Α1 Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον

Διαβάστε περισσότερα

ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ένα επαναλαμβανόμενο περιοδικά φαινόμενο, έχει μία συχνότητα επανάληψης μέσα στο χρόνο και μία περίοδο. Επειδή κάθε

Διαβάστε περισσότερα

I. ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ ΘΩΡΑΚΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗ

I. ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ ΘΩΡΑΚΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗ I. ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ ΘΩΡΑΚΙΣΗ ΤΟΥ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗ Α. Ακτινοβολία υποβάθρου (Background radiation) Εξαιτίας της κοσµικής ακτινοβολίας που βοµβαρδίζει συνεχώς την ατµόσφαιρα της γης και της ύπαρξης

Διαβάστε περισσότερα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 20 ΜΑΪΟΥ 2013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 20 ΜΑΪΟΥ 2013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Θέµα Α ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 0 ΜΑΪΟΥ 013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Στις ερωτήσεις Α1-Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη φράση, η οποία

Διαβάστε περισσότερα

Ο Maxwell ενοποίησε τις Ηλεκτρικές με τις Μαγνητικές δυνάμεις στον

Ο Maxwell ενοποίησε τις Ηλεκτρικές με τις Μαγνητικές δυνάμεις στον Η Ηλεκτρασθενής Ενοποίηση Ο Maxwell ενοποίησε τις Ηλεκτρικές με τις Μαγνητικές δυνάμεις στον γνωστό μας Ηλεκτρομαγνητισμό. Οι Glashow, einberg και Salam απέδειξαν ότι οι Ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις

Διαβάστε περισσότερα

Επιταχυντές και Ανιχνευτές στην Πυρηνική και Σωµατιδιακή Φυσική

Επιταχυντές και Ανιχνευτές στην Πυρηνική και Σωµατιδιακή Φυσική Επιταχυντές και Ανιχνευτές στην Πυρηνική και Σωµατιδιακή Φυσική Κ.Κορδάς Δ. Σαµψωνίδης Διαλεξη 4η 1 Περιεχόµενα Μέχρι τώρα έχουµε δει: Κυµατοδηγοί κοιλότητες συντονισµού Γραµµικός Επιταχυντής Κυκλικοί

Διαβάστε περισσότερα

Τίτλος Μαθήματος: Βασικές Έννοιες Φυσικής. Ενότητα: Ατομική φύση της ύλης. Διδάσκων: Καθηγητής Κ. Κώτσης. Τμήμα: Παιδαγωγικό, Δημοτικής Εκπαίδευσης

Τίτλος Μαθήματος: Βασικές Έννοιες Φυσικής. Ενότητα: Ατομική φύση της ύλης. Διδάσκων: Καθηγητής Κ. Κώτσης. Τμήμα: Παιδαγωγικό, Δημοτικής Εκπαίδευσης Τίτλος Μαθήματος: Βασικές Έννοιες Φυσικής Ενότητα: Ατομική φύση της ύλης Διδάσκων: Καθηγητής Κ. Κώτσης Τμήμα: Παιδαγωγικό, Δημοτικής Εκπαίδευσης 6. Ατομική φύση της ύλης Ο πρώτος που ισχυρίστηκε ότι η

Διαβάστε περισσότερα

www.cc.uoa.gr/~dfassoul/syghroni_fysiki.html

www.cc.uoa.gr/~dfassoul/syghroni_fysiki.html Σύγχρονη Φυσική Στοιχειώδη Σωµατίδια Σωµατίδια Επιταχυντές Ανιχνευτές Αλληλεπιδράσεις Συµµετρίες Νόµοι ιατήρησης Καθιερωµένο Πρότυπο www.cc.uoa.gr/~dfassoul/syghroni_fysiki.html Σύγχρονη Φυσική: Στοιχειώδη

Διαβάστε περισσότερα

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΑΣΚΗΣΗ 1 Άτομα αερίου υδρογόνου που βρίσκονται στη θεμελιώδη κατάσταση (n = 1), διεγείρονται με κρούση από δέσμη ηλεκτρονίων που έχουν επιταχυνθεί από διαφορά δυναμικού

Διαβάστε περισσότερα

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A Ένα ισότοπο, το οποίο συµβολίζουµε µε Z X, έχει ατοµικό αριθµό Ζ και µαζικό αριθµό Α. Ο πυρήνας του ισοτόπου

Διαβάστε περισσότερα

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας Σύγχρονη Φυσική - 06: Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων /03/6 Διάλεξη : Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας Εισαγωγή Το μάθημα της σύγχρονης φυσικής και ειδικότερα το μέρος του μαθήματος που αφορά

Διαβάστε περισσότερα