कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड
 Plan of the LHC experiments and the preaccelerators. | |
| LHC experiments | |
|---|---|
| ATLAS | A Toroidal LHC Apparatus |
| CMS | Compact Muon Solenoid |
| LHCb | LHC-beauty |
| ALICE | A Large Ion Collider Experiment |
| TOTEM | Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation |
| LHCf | LHC-forward |
| MoEDAL | Monopole and Exotics Detector At the LHC |
| FASER | ForwArd Search ExpeRiment |
| SND | Scattering and Neutrino Detector |
| LHC preaccelerators | |
| p and Pb | Linear accelerators for protons (Linac 4) and lead (Linac 3) |
| (not marked) | Proton Synchrotron Booster |
| PS | Proton Synchrotron |
| SPS | Super Proton Synchrotron |
कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड (CMS) प्रयोग स्विट्ज़रलैंड और फ्रांस में CERN में लार्ज हैड्रान कोलाइडर (LHC) पर निर्मित दो बड़े सामान्य-उद्देश्य कण भौतिकी कण डिटेक्टरों में से है। सीएमएस प्रयोग का लक्ष्य भौतिकी की विस्तृत श्रृंखला की जांच करना है, जिसमें हिग्स बॉसन, अतिरिक्त आयाम और ऐसे कण सम्मिलित हैं जो गहरे द्रव्य बना सकते हैं।
सीएमएस 21 मीटर लंबा, 15 मीटर व्यास वाला और लगभग 14,000 टन वजनी है।[1] 206 वैज्ञानिक संस्थानों और 47 देशों का प्रतिनिधित्व करने वाले 4,000 से अधिक लोग CMS सहयोग बनाते हैं जिन्होंने डिटेक्टर का निर्माण किया और अब इसे संचालित करते हैं।[2] यह जिनेवा, स्विट्जरलैंड की सीमा के पार फ्रांस में सेसी में गुफा में स्थित है। जुलाई 2012 में, एटलस प्रयोग के साथ, सीएमएस ने अंतरिम रूप से हिग्स बॉसन की खोज की।[3][4][5] मार्च 2013 तक इसके अस्तित्व की पुष्टि हो गई थी।[6]
पृष्ठभूमि
हाल के कोलाइडर प्रयोग जैसे कि अब विघटित LEP|लार्ज इलेक्ट्रॉन-पोजीट्रान कोलाइडर और CERN में नव पुनर्निर्मित लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC), साथ ही साथ (as of October 2011[update]) फर्मिलैब में हाल ही में बंद किए गए टेवाट्रॉन ने कण भौतिकी के मानक मॉडल में उल्लेखनीय अंतर्दृष्टि और सटीक परीक्षण प्रदान किए हैं। इन प्रयोगों की प्रमुख उपलब्धि (विशेष रूप से एलएचसी की) मानक मॉडल हिग्स बोसोन के अनुरूप कण की खोज है, हिग्स तंत्र से उत्पन्न कण, जो प्राथमिक कणों के द्रव्यमान के लिए स्पष्टीकरण प्रदान करता है।[7] चूंकि, अभी भी कई सवाल हैं जिनका भविष्य के कोलाइडर प्रयोगों से जवाब मिलने की उम्मीद है। इनमें उच्च ऊर्जा पर मानक मॉडल के गणितीय व्यवहार में अनिश्चितताएं, डार्क मैटर (सुपरसिमेट्री सहित) के प्रस्तावित सिद्धांतों के परीक्षण और ब्रह्मांड में देखे गए पदार्थ और एंटीमैटर के सीपी उल्लंघन के कारण सम्मिलित हैं।
भौतिकी लक्ष्यों
प्रयोग के मुख्य लक्ष्य हैं:
- टीईवी पैमाने पर भौतिकी का पता लगाने के लिए
- सीएमएस और एटलस प्रयोग द्वारा पहले से ही खोजे गए हिग्स बोसोन के गुणों का और अध्ययन करने के लिए
- मानक मॉडल से परे भौतिकी के प्रमाणों को देखने के लिए, जैसे कि सुपरसिमेट्री, या अतिरिक्त आयाम
- भारी आयन टक्करों के पहलुओं का अध्ययन करने के लिए।
LHC रिंग के दूसरी ओर ATLAS प्रयोग को समान लक्ष्यों को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन किया गया है, और दो प्रयोगों को पहुँच बढ़ाने और निष्कर्षों की पुष्टि प्रदान करने के लिए दूसरे के पूरक के लिए डिज़ाइन किया गया है। CMS और ATLAS प्रयोग लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए अपने डिटेक्टर चुंबक प्रणाली के विभिन्न तकनीकी समाधानों और डिज़ाइन का उपयोग करते हैं।
डिटेक्टर सारांश
CMS को सामान्य-उद्देश्य वाले डिटेक्टर के रूप में डिज़ाइन किया गया है, जो 0.9–13 TeV पर प्रोटॉन टकराव के कई पहलुओं का अध्ययन करने में सक्षम है, विशेष सापेक्षता | बड़े हैड्रोन कोलाइडर कण त्वरक की द्रव्यमान ऊर्जा।
CMS डिटेक्टर विशाल solenoid चुंबक के चारों ओर बनाया गया है। यह सुपरकंडक्टिंग केबल के बेलनाकार कुंडल का रूप लेता है जो 4 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करता है, जो पृथ्वी के लगभग 100 000 गुना है। चुंबकीय क्षेत्र स्टील 'योक' द्वारा सीमित है जो डिटेक्टर के 12 500 टन वजन का बड़ा हिस्सा बनाता है। सीएमएस डिटेक्टर की असामान्य विशेषता यह है कि एलएचसी प्रयोगों के अन्य विशाल डिटेक्टरों की तरह, इन-सीटू भूमिगत बनाने के अतिरिक्त, इसे सतह पर बनाया गया था, 15 खंडों में भूमिगत होने से पहले और फिर से जोड़ा गया था।
इसमें सबसिस्टम होते हैं जो फोटॉन, इलेक्ट्रॉनों, म्यूऑन और टक्कर के अन्य उत्पादों की ऊर्जा और गति को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। अंतरतम परत सिलिकॉन आधारित ट्रैकर है। इसके चारों ओर सिंटिलेशन (भौतिकी) सीडिया इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कैलोरीमीटर (कण भौतिकी) है, जो स्वयं हैड्रॉन के लिए नमूना कैलोरीमीटर से घिरा हुआ है। ट्रैकर और कैलोरीमेट्री सीएमएस सोलनॉइड के अंदर फिट होने के लिए पर्याप्त कॉम्पैक्ट हैं जो 3.8 टेस्ला (यूनिट) का शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। चुंबक के बाहर बड़े म्यूऑन डिटेक्टर होते हैं, जो चुंबक के रिटर्न योक के अंदर होते हैं।
परतों द्वारा सीएमएस
सीएमएस डिटेक्टर के बारे में पूर्ण तकनीकी विवरण के लिए, कृपया तकनीकी डिज़ाइन रिपोर्ट देखें।[8]
बातचीत बिंदु
यह डिटेक्टर के केंद्र में वह बिंदु है जिस पर लार्ज हैड्रोन कोलाइडर के दो काउंटर-रोटेटिंग बीम के बीच प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव होते हैं। डिटेक्टर मैग्नेट के प्रत्येक छोर पर बीम को इंटरेक्शन पॉइंट में फोकस करते हैं। टक्कर के समय प्रत्येक बीम की त्रिज्या 17 μm होती है और बीमों के बीच क्रॉसिंग कोण 285 μrad होता है।
पूर्ण डिजाइन चमक (प्रकीर्णन सिद्धांत) में दो एलएचसी बीमों में से प्रत्येक में 2,808 गुच्छे होंगे 1.15×1011 प्रोटॉन। क्रॉसिंग के बीच का अंतराल 25 एनएस है, चूंकि इंजेक्टर मैग्नेट के सक्रिय और निष्क्रिय होने के कारण बीम में अंतराल के कारण प्रति सेकंड टक्करों की संख्या केवल 31.6 मिलियन है।
पूर्ण चमक पर प्रत्येक टकराव औसत 20 प्रोटॉन-प्रोटॉन इंटरैक्शन का उत्पादन करेगा। टकराव 8 टीईवी की द्रव्यमान ऊर्जा के केंद्र में होते हैं। किन्तु, यह ध्यान देने योग्य है कि इलेक्ट्रोवीक स्केल पर भौतिकी के अध्ययन के लिए, प्रकीर्णन की घटनाएं प्रत्येक प्रोटॉन से क्वार्क या ग्लूऑन द्वारा प्रारंभ की जाती हैं, और इसलिए प्रत्येक टक्कर में सम्मिलित वास्तविक ऊर्जा द्रव्यमान ऊर्जा के कुल केंद्र के रूप में कम होगी। इन क्वार्कों और ग्लून्स द्वारा साझा किया जाता है (पार्टन वितरण कार्यों द्वारा निर्धारित)।
सितंबर 2008 में चला पहला परीक्षण 10 TeV की कम टक्कर ऊर्जा पर संचालित होने की उम्मीद थी किन्तु इसे 19 सितंबर 2008 के बंद होने से रोक दिया गया था। जब इस लक्ष्य स्तर पर, प्रत्येक बीम में कम प्रोटॉन बंच और कम प्रोटॉन प्रति गुच्छा दोनों के कारण, LHC में अधिक कम चमक होगी। घटी हुई गुच्छा आवृत्ति क्रॉसिंग कोण को शून्य तक कम करने की अनुमति देती है, क्योंकि प्रायोगिक बीमपाइप में द्वितीयक टक्करों को रोकने के लिए गुच्छों के बीच पर्याप्त दूरी होती है।
लेयर 1 – ट्रैकर
टक्कर के केंद्र में घटनाओं की तस्वीर बनाने में हमारी मदद करने के लिए कणों का संवेग महत्वपूर्ण है। कण की गति की गणना करने का तरीका चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से अपने पथ को ट्रैक करना है; पथ जितना घुमावदार होगा, कण का संवेग उतना ही कम होगा। CMS ट्रैकर आवेशित कणों द्वारा लिए गए पथों को कई प्रमुख बिंदुओं पर उनकी स्थिति का पता लगाकर रिकॉर्ड करता है।
ट्रैकर उच्च-ऊर्जा म्यूऑन, इलेक्ट्रॉन और हैड्रॉन (क्वार्क से बने कण) के पथ का पुनर्निर्माण कर सकता है और साथ ही बहुत कम समय तक रहने वाले कणों जैसे सौंदर्य या "बी क्वार्क" के क्षय से आने वाले ट्रैक भी देख सकता है जिसका उपयोग किया जाएगा। पदार्थ और प्रतिपदार्थ के बीच अंतर का अध्ययन करें।
ट्रैकर को कण पथों को सटीक रूप से रिकॉर्ड करने की आवश्यकता होती है, फिर भी यह हल्का होना चाहिए जिससे कि कण को जितना संभव हो उतना कम परेशान किया जा सके। यह स्थिति माप को इतना सटीक लेकर ऐसा करता है कि केवल कुछ माप बिंदुओं का उपयोग करके पटरियों को मज़बूती से फिर से बनाया जा सकता है। प्रत्येक माप 10 माइक्रोमीटर तक सटीक होता है, जो मानव बाल की चौड़ाई का अंश है। यह डिटेक्टर की सबसे भीतरी परत भी है और इसलिए कणों की उच्चतम मात्रा प्राप्त करता है: इसलिए निर्माण सामग्री को विकिरण का प्रतिरोध करने के लिए सावधानी से चुना गया था।[9] सीएमएस ट्रैकर पूरी तरह से सिलिकॉन से बना है: पिक्सेल, डिटेक्टर के बहुत मूल में और कणों की उच्चतम तीव्रता से निपटने के लिए, और माइक्रोस्ट्रिप डिटेक्टर जो इसे घेरे हुए हैं। जैसे-जैसे कण ट्रैकर के माध्यम से यात्रा करते हैं, पिक्सेल और माइक्रोस्ट्रिप्स छोटे विद्युत संकेतों का उत्पादन करते हैं जो प्रवर्धित और पहचाने जाते हैं। ट्रैकर 75 मिलियन अलग-अलग इलेक्ट्रॉनिक रीड-आउट चैनलों के साथ टेनिस कोर्ट के आकार के क्षेत्र को कवर करने वाले सेंसर का उपयोग करता है: पिक्सेल डिटेक्टर में प्रति वर्ग सेंटीमीटर लगभग 6,000 कनेक्शन होते हैं।
सीएमएस सिलिकॉन ट्रैकर में मध्य क्षेत्र में 14 परतें और एंडकैप्स में 15 परतें होती हैं। सबसे भीतरी चार परतें (16 सेमी त्रिज्या तक) में 100 × 150 माइक्रोन पिक्सेल होते हैं, कुल मिलाकर 124 मिलियन। पिक्सेल डिटेक्टर को 2017 में CMS चरण-1 अपग्रेड के भाग के रूप में अपग्रेड किया गया था, जिसने बैरल और एंडकैप दोनों में अतिरिक्त परत जोड़ी, और अंतरतम परत को 1.5 सेंटीमीटर बीमलाइन के करीब स्थानांतरित कर दिया। [10] अगली चार परतें (55 सेमी त्रिज्या तक) में सम्मिलित हैं 10 cm × 180 μm सिलिकॉन स्ट्रिप्स, उसके बाद की शेष छह परतें 25 cm × 180 μm स्ट्रिप्स, 1.1 मीटर के दायरे में बाहर। कुल 9.6 मिलियन स्ट्रिप चैनल हैं।
पूर्ण चमकदार टक्करों के समय प्रति घटना पिक्सेल परतों का अधिभोग 0.1% और स्ट्रिप परतों में 1-2% होने की उम्मीद है। अपेक्षित हाई ल्यूमिनोसिटी लार्ज हैड्रोन कोलाइडर | एचएल-एलएचसी अपग्रेड से इंटरेक्शन की संख्या उस बिंदु तक बढ़ जाएगी जहां ओवर-ऑक्यूपेंसी ट्रैकफाइंडिंग प्रभावशीलता को अधिक कम कर देगी। ट्रैकर के प्रदर्शन और विकिरण सहनशीलता को बढ़ाने के लिए अपग्रेड की योजना बनाई गई है।
डिटेक्टर का यह हिस्सा दुनिया का सबसे बड़ा सिलिकॉन डिटेक्टर है। इसमें 205 मीटर है2 सिलिकॉन सेंसर (लगभग टेनिस कोर्ट का क्षेत्रफल) 9.3 मिलियन माइक्रोस्ट्रिप सेंसर में 76 मिलियन चैनल सम्मिलित हैं।[11]
परत 2 - विद्युतचुंबकीय कैलोरीमीटर
इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कैलोरीमीटर (ECAL) को उच्च सटीकता के साथ इलेक्ट्रॉनों और फोटोन की ऊर्जा को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
ECAL का निर्माण लीड टंगस्टेट, PbWO के क्रिस्टल से किया गया है4. यह अत्यधिक सघन किन्तु ऑप्टिकल रूप से स्पष्ट सामग्री है, जो उच्च ऊर्जा कणों को रोकने के लिए आदर्श है। लीड टंगस्टेट क्रिस्टल मुख्य रूप से धातु का बना होता है और स्टेनलेस स्टील से भारी होता है, किन्तु इस क्रिस्टलीय रूप में ऑक्सीजन के स्पर्श के साथ यह अत्यधिक पारदर्शी और सिंटिलेटर होता है जब इलेक्ट्रॉन और फोटॉन इससे गुजरते हैं। इसका मतलब है कि यह कण की ऊर्जा के अनुपात में प्रकाश पैदा करता है। ये उच्च-घनत्व क्रिस्टल तेज, लघु, अच्छी तरह से परिभाषित फोटॉन फटने में प्रकाश उत्पन्न करते हैं जो सटीक, तेज और अधिक कॉम्पैक्ट डिटेक्टर की अनुमति देते हैं। इसकी विकिरण लंबाई χ है0= 0.89 सेमी, और क्रॉसिंग टाइम (25 ns) के भीतर 80% लाइट यील्ड के साथ तेज़ लाइट यील्ड है। चूंकि यह घटना ऊर्जा के प्रति मेव 30 फोटॉन की अपेक्षाकृत कम प्रकाश उपज द्वारा संतुलित है। उपयोग किए गए क्रिस्टल का सामने का आकार 22 मिमी × 22 मिमी और 230 मिमी की गहराई है। उन्हें वैकल्पिक रूप से पृथक रखने के लिए कार्बन फाइबर के मैट्रिक्स में सेट किया गया है, और रीडआउट के लिए सिलिकॉन हिमस्खलन फोटोडायोड द्वारा समर्थित है।
ईसीएएल, बैरल सेक्शन और दो एंडकैप्स से बना है, ट्रैकर और एचसीएएल के बीच परत बनाता है। बेलनाकार बैरल में 61,200 क्रिस्टल होते हैं जो 36 सुपरमॉड्यूल में बनते हैं, प्रत्येक का वजन लगभग तीन टन होता है और इसमें 1,700 क्रिस्टल होते हैं। फ्लैट ईसीएएल एंडकैप बैरल को किसी भी छोर पर बंद कर देता है और लगभग 15,000 और क्रिस्टल से बना होता है।
अतिरिक्त स्थानिक सटीकता के लिए, ECAL में प्रीशॉवर डिटेक्टर भी होते हैं जो एंडकैप्स के सामने बैठते हैं। ये सीएमएस को एकल उच्च-ऊर्जा फोटॉन (अधिकांशतः रोमांचक भौतिकी के संकेत) और कम-ऊर्जा फोटॉन के कम दिलचस्प करीबी जोड़े के बीच अंतर करने की अनुमति देते हैं।
एंडकैप्स पर ECAL आंतरिक सतह को प्रीशॉवर सबडेटेक्टर द्वारा कवर किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन स्ट्रिप डिटेक्टरों की दो परतों के साथ सीसे की दो परतें होती हैं। इसका उद्देश्य पियॉन-फोटॉन भेदभाव में सहायता करना है।
परत 3 - हैड्रोनिक कैलोरीमीटर
हैड्रॉन कैलोरीमीटर (एचसीएएल) हैड्रोन, क्वार्क और ग्लूऑन से बने कणों (उदाहरण के लिए प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, पियोन और काओन) की ऊर्जा को मापता है। इसके अतिरिक्त यह न्युट्रीनो जैसे गैर-अंतःक्रियात्मक, अपरिवर्तित कणों की उपस्थिति का अप्रत्यक्ष माप प्रदान करता है।
एचसीएएल में प्लास्टिक सिंटिलेशन (भौतिकी) की टाइलों के साथ इंटरलीव्ड सघन सामग्री (पीतल या इस्पात ) की परतें होती हैं, जिसे हाइब्रिड फोटोडायोड्स द्वारा तरंग दैर्ध्य-शिफ्टिंग फाइबर के माध्यम से पढ़ा जाता है। यह संयोजन चुंबक कॉइल के अंदर अवशोषित सामग्री की अधिकतम मात्रा की अनुमति देने के लिए निर्धारित किया गया था।
उच्च छद्मता क्षेत्र हैड्रोनिक फॉरवर्ड (एचएफ) डिटेक्टर द्वारा यंत्रबद्ध किया गया है। इंटरेक्शन बिंदु के दोनों ओर 11 मीटर स्थित, यह रीडआउट के लिए स्टील अवशोषक और क्वार्ट्ज फाइबर की थोड़ी अलग तकनीक का उपयोग करता है, जिसे भीड़भाड़ वाले आगे के क्षेत्र में कणों के उत्तम पृथक्करण की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सीएमएस में सापेक्ष ऑनलाइन चमक प्रणाली को मापने के लिए एचएफ का भी उपयोग किया जाता है।
एचसीएएल के एंडकैप में उपयोग होने वाले लगभग आधे पीतल में रूसी तोपखाने के गोले हुआ करते थे।[12]
परत 4 - चुंबक
CMS चुंबक केंद्रीय उपकरण है जिसके चारों ओर प्रयोग बनाया गया है, जिसमें 4 टेस्ला चुंबकीय क्षेत्र है जो पृथ्वी की तुलना में 100,000 गुना अधिक मजबूत है। CMS में बड़ा सोलनॉइड चुंबक होता है। यह कणों के आवेश/द्रव्यमान अनुपात को घुमावदार ट्रैक से निर्धारित करने की अनुमति देता है जिसका वे चुंबकीय क्षेत्र में अनुसरण करते हैं। यह 13 मीटर लंबा और 6 मीटर व्यास का है, और इसके प्रशीतित सुपरकंडक्टिंग नाइओबियम-टाइटेनियम कॉइल मूल रूप से 4 टेस्ला (यूनिट) चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए थे। दीर्घायु को अधिकतम करने के लिए ऑपरेटिंग क्षेत्र को पूर्ण डिज़ाइन शक्ति के अतिरिक्त 3.8T तक घटाया गया था।[13] चुंबक का अधिष्ठापन 14 हेनरी|Η है और 4 टेस्ला (यूनिट) के लिए नाममात्र का करंट 19,500 एम्पेयर है, जो 2.66 गीगाजूल की कुल संग्रहित ऊर्जा देता है, जो लगभग आधा टन टीएनटी समकक्ष के बराबर है। इस ऊर्जा को सुरक्षित रूप से नष्ट करने के लिए डंप सर्किट हैं जो चुंबक सुपरकंडक्टिंग चुंबक#चुंबक बुझाते हैं। सर्किट प्रतिरोध (अनिवार्य रूप से केवल पावर कन्वर्टर से cryostat तक के केबल) का मान 0.1 mΩ होता है जो लगभग 39 घंटे के सर्किट समय स्थिरांक की ओर जाता है। यह CERN में किसी भी सर्किट का सबसे लंबा समय नियतांक है। 3.8 टेस्ला (यूनिट) के लिए ऑपरेटिंग करंट 18,160 एम्पीयर है, जो 2.3 गीगाजूल की संग्रहित ऊर्जा देता है।
बड़े चुम्बक का काम LHC में उच्च-ऊर्जा टक्करों से निकलने वाले कणों के पथ को मोड़ना है। किसी कण का संवेग जितना अधिक होता है, चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उसका पथ उतना ही कम घुमावदार होता है, इसलिए उसके पथ का पता लगाने से संवेग का माप मिलता है। CMS की शुरुआत सबसे मजबूत संभव चुंबक होने के उद्देश्य से हुई क्योंकि उच्च शक्ति क्षेत्र पथों को अधिक मोड़ देता है और ट्रैकर और म्यूऑन डिटेक्टरों में उच्च-परिशुद्धता स्थिति मापन के साथ मिलकर, यह उच्च-ऊर्जा कणों की गति के सटीक माप की अनुमति देता है।
ट्रैकर और कैलोरीमीटर डिटेक्टर (ईसीएएल और एचसीएएल) चुंबक कॉइल के अंदर अच्छी तरह से फिट होते हैं, जबकि म्यूऑन डिटेक्टर 12-तरफा लोहे की संरचना से जुड़े होते हैं जो चुंबक कॉइल को घेरते हैं और क्षेत्र को सम्मिलित करते हैं और मार्गदर्शन करते हैं। तीन परतों से बना यह "रिटर्न योक" 14 मीटर व्यास तक पहुंचता है और फिल्टर के रूप में भी काम करता है, जो केवल म्यूऑन और न्यूट्रिनो जैसे कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले कणों के माध्यम से अनुमति देता है। विशाल चुंबक प्रयोग के अधिकांश संरचनात्मक समर्थन भी प्रदान करता है, और अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र की ताकतों का सामना करने के लिए खुद को बहुत मजबूत होना चाहिए।
परत 5 - म्यूऑन डिटेक्टर और रिटर्न योक
जैसा कि "कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड" नाम से पता चलता है, म्यूऑन का पता लगाना सीएमएस के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से है। म्यूऑन आवेशित कण होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन की तरह होते हैं, किन्तु 200 गुना अधिक भारी होते हैं। हम उम्मीद करते हैं कि वे कई संभावित नए कणों के क्षय में उत्पन्न होंगे; उदाहरण के लिए, हिग्स बोसोन के सबसे स्पष्ट संकेतों में से इसका चार म्यूऑन में क्षय है।
क्योंकि म्यूऑन बिना संपर्क के कई मीटर लोहे में प्रवेश कर सकते हैं, अधिकांश कणों के विपरीत उन्हें सीएमएस के किसी भी कैलोरीमीटर द्वारा नहीं रोका जाता है। इसलिए, म्यूऑन का पता लगाने के लिए कक्षों को प्रयोग के बिल्कुल किनारे पर रखा जाता है जहां वे एकमात्र ऐसे कण होते हैं जिनके संकेत दर्ज करने की संभावना होती है।
म्यूऑन की पहचान करने और उनके संवेग को मापने के लिए, CMS तीन प्रकार के डिटेक्टर का उपयोग करता है: तार कक्ष (DT), कैथोड पट्टी कक्ष (CSC), प्रतिरोधक प्लेट चैंबर्स (RPC), और गैस इलेक्ट्रॉन गुणक (GEM)। डीटी का उपयोग केंद्रीय बैरल क्षेत्र में सटीक प्रक्षेपवक्र माप के लिए किया जाता है, जबकि सीएससी का उपयोग अंत कैप में किया जाता है। जब कोई म्यूऑन म्यूऑन डिटेक्टर से गुजरता है तो आरपीसी तेज संकेत प्रदान करते हैं, और बैरल और एंड कैप दोनों में स्थापित होते हैं।
बहाव ट्यूब (डीटी) प्रणाली डिटेक्टर के बैरल भाग में म्यूऑन स्थिति को मापती है। प्रत्येक 4-सेमी-चौड़ी ट्यूब में गैस की मात्रा के भीतर फैला हुआ तार होता है। जब म्यूऑन या कोई आवेशित कण आयतन से होकर गुजरता है तो यह गैस के परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। ये धनात्मक आवेशित तार पर समाप्त होने वाले विद्युत क्षेत्र का अनुसरण करते हैं। यह दर्ज करके कि तार के साथ इलेक्ट्रॉन कहाँ टकराते हैं (आरेख में, तार पृष्ठ में जा रहे हैं) और साथ ही तार से म्यूऑन की मूल दूरी की गणना करके (यहां क्षैतिज दूरी के रूप में दिखाया गया है और इलेक्ट्रॉन की गति को गुणा करके गणना की जाती है) ट्यूब द्वारा लिया गया समय) डीटी म्यूऑन की स्थिति के लिए दो निर्देशांक देते हैं। प्रत्येक डीटी कक्ष, औसतन 2 मीटर x 2.5 मीटर आकार में, 12 एल्यूमीनियम परतें होती हैं, जो चार के तीन समूहों में व्यवस्थित होती हैं, प्रत्येक में 60 ट्यूब तक होते हैं: मध्य समूह बीम के समानांतर दिशा के साथ समन्वय को मापता है और दो बाहर समूह लंबवत समन्वय को मापते हैं।
कैथोड स्ट्रिप चैंबर्स (CSC) का उपयोग एंडकैप डिस्क में किया जाता है जहां चुंबकीय क्षेत्र असमान होता है और कण दर अधिक होती है। CSCs में सकारात्मक रूप से आवेशित "एनोड" तारों की सरणियाँ होती हैं, जो गैस आयतन के भीतर नकारात्मक रूप से आवेशित तांबे "कैथोड" स्ट्रिप्स से पार हो जाती हैं। जब म्यूऑन गुजरते हैं, तो वे गैस परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को खटखटाते हैं, जो इलेक्ट्रॉनों के हिमस्खलन पैदा करने वाले एनोड तारों के झुंड में आते हैं। धनात्मक आयन तार से दूर और कॉपर कैथोड की ओर जाते हैं, साथ ही तार की दिशा में समकोण पर स्ट्रिप्स में चार्ज पल्स को प्रेरित करते हैं। क्योंकि पट्टियां और तार लंबवत हैं, हमें प्रत्येक गुजरने वाले कण के लिए दो स्थिति निर्देशांक मिलते हैं। सटीक स्थान और समय की जानकारी प्रदान करने के अतिरिक्त, बारीकी से दूरी वाले तार सीएससी फास्ट डिटेक्टरों को ट्रिगर करने के लिए उपयुक्त बनाते हैं। प्रत्येक सीएससी मॉड्यूल में छह परतें होती हैं जो इसे म्यूऑन की सटीक पहचान करने और ट्रैकर में उनके ट्रैक से मिलान करने में सक्षम बनाती हैं।
प्रतिरोधी प्लेट कक्ष (आरपीसी) तेजी से गैसीय डिटेक्टर हैं जो डीटी और सीएससी के समानांतर म्यूऑन ट्रिगर सिस्टम प्रदान करते हैं। RPCs में दो समानांतर प्लेटें होती हैं, धनात्मक रूप से आवेशित एनोड और ऋणात्मक रूप से आवेशित कैथोड, दोनों बहुत ही उच्च प्रतिरोधकता वाली प्लास्टिक सामग्री से बने होते हैं और गैस की मात्रा से अलग होते हैं। जब म्यूऑन कक्ष से गुजरता है, तो इलेक्ट्रॉनों को गैस परमाणुओं से बाहर खटखटाया जाता है। बदले में ये इलेक्ट्रॉन अन्य परमाणुओं से टकराते हैं जिससे इलेक्ट्रॉनों का हिमस्खलन होता है। इलेक्ट्रोड सिग्नल (इलेक्ट्रॉनों) के लिए पारदर्शी होते हैं, जो छोटी किन्तु सटीक समय देरी के बाद बाहरी धातु स्ट्रिप्स द्वारा उठाए जाते हैं। हिट स्ट्रिप्स का पैटर्न म्यूऑन गति का त्वरित माप देता है, जिसका उपयोग ट्रिगर द्वारा तत्काल निर्णय लेने के लिए किया जाता है कि डेटा रखने लायक है या नहीं। RPC अच्छे स्पा को जोड़ती हैसिर्फ नैनोसेकंड (एक सेकंड का अरबवाँ हिस्सा) के समय संकल्प के साथ टिअल संकल्प।
गैस इलेक्ट्रॉन गुणक (जीईएम) डिटेक्टर सीएमएस में नई म्यूऑन प्रणाली का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिससे कि एंडकैप्स में मौजूदा सिस्टम को पूरक बनाया जा सके। आगे का क्षेत्र सीएमएस का हिस्सा है जो बड़ी विकिरण खुराक और उच्च घटना दर से सबसे अधिक प्रभावित होता है। जीईएम कक्ष अतिरिक्त अतिरेक और माप बिंदु प्रदान करेंगे, जिससे उत्तम म्यूऑन ट्रैक पहचान और बहुत आगे के क्षेत्र में व्यापक कवरेज की अनुमति मिलेगी। CMS GEM डिटेक्टर तीन परतों से बने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक 50 माइक्रोन मोटी कॉपर-क्लैडेड पॉलीमाइड पन्नी होती है। ये कक्ष Ar/CO से भरे हुए हैं2 गैस मिश्रण, जहां घटना म्यूऑन के कारण प्राथमिक आयनीकरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन होता है, जो प्रवर्धित संकेत प्रदान करता है।[14]
डेटा एकत्र करना और तुलना करना
पैटर्न पहचान
सीएमएस में खोजे गए नए कण सामान्यतः कण क्षय होंगे और तेजी से हल्के, अधिक स्थिर और उत्तम समझे जाने वाले कणों के झरने में परिवर्तित हो जाएंगे। सीएमएस के माध्यम से यात्रा करने वाले कण अलग-अलग परतों में विशेषता पैटर्न, या 'हस्ताक्षर' को पीछे छोड़ देते हैं, जिससे उन्हें पहचाना जा सकता है। तब किसी नए कण की उपस्थिति (या नहीं) का अनुमान लगाया जा सकता है।
ट्रिगर सिस्टम
एक दुर्लभ कण, जैसे कि हिग्स बोसोन, के उत्पादन का अच्छा अवसर प्राप्त करने के लिए बहुत बड़ी संख्या में टक्करों की आवश्यकता होती है। डिटेक्टर में अधिकांश टकराव की घटनाएं नरम होती हैं और दिलचस्प प्रभाव पैदा नहीं करती हैं। प्रत्येक क्रॉसिंग से अपरिष्कृत डेटा की मात्रा लगभग 1 मेगाबाइट है, जो 40 मेगाहर्ट्ज क्रॉसिंग दर पर प्रति सेकंड 40 टेराबाइट डेटा का परिणाम होगा, ऐसी राशि जिसे प्रयोग स्टोर करने की उम्मीद नहीं कर सकता है, ठीक से प्रोसेस करना तो दूर की बात है। पूर्ण ट्रिगर सिस्टम दिलचस्प घटनाओं की दर को प्रबंधनीय 1,000 प्रति सेकंड तक कम कर देता है।
इसे पूरा करने के लिए, ट्रिगर चरणों की श्रृंखला कार्यरत है। प्रत्येक क्रॉसिंग से सभी डेटा को डिटेक्टर के भीतर बफ़र्स में रखा जाता है, जबकि महत्वपूर्ण जानकारी की छोटी मात्रा का उपयोग उच्च ऊर्जा जेट, म्यूऑन या लापता ऊर्जा जैसी रुचि की विशेषताओं की पहचान करने के लिए तेज़, अनुमानित गणना करने के लिए किया जाता है। यह स्तर 1 गणना लगभग 1µs में पूरी हो जाती है, और घटना दर लगभग 1,000 घटकर 50 kHz तक कम हो जाती है। ये सभी गणना रिप्रोग्रामेबल क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला (FPGA) का उपयोग करके तेज़, कस्टम हार्डवेयर पर की जाती हैं।
यदि किसी घटना को स्तर 1 ट्रिगर द्वारा पारित किया जाता है, तो डिटेक्टर में अभी भी बफ़र किए गए सभी डेटा को फ़ाइबर ऑप्टिक लिंक पर उच्च स्तरीय ट्रिगर पर भेजा जाता है, जो सामान्य कंप्यूटर सर्वर पर चलने वाला सॉफ़्टवेयर (मुख्य रूप से C ++ में लिखा गया) है। उच्च स्तरीय ट्रिगर में कम घटना दर स्तर 1 ट्रिगर की तुलना में घटना के अधिक विस्तृत विश्लेषण के लिए समय की अनुमति देती है। उच्च स्तरीय ट्रिगर प्रति सेकंड 100 से 1,000 घटनाओं के और कारक द्वारा घटना दर को कम करता है। फिर इन्हें भविष्य के विश्लेषण के लिए टेप पर संग्रहित किया जाता है।
डेटा विश्लेषण
डेटा जो ट्रिगरिंग चरणों को पार कर चुका है और टेप पर संग्रहीत किया गया है, आसान पहुंच और अतिरेक के लिए दुनिया भर में अतिरिक्त साइटों के लिए एलएचसी कंप्यूटिंग ग्रिड का उपयोग करके डुप्लिकेट किया गया है। भौतिक विज्ञानी तब डेटा पर अपने विश्लेषणों को एक्सेस करने और चलाने के लिए ग्रिड का उपयोग करने में सक्षम होते हैं।
CMS में किए गए विश्लेषणों की विशाल श्रृंखला है, जिनमें सम्मिलित हैं:
- मानक मॉडल कणों का सटीक मापन करना, जो इन कणों के ज्ञान को आगे बढ़ाने और डिटेक्टर को कैलिब्रेट करने और विभिन्न घटकों के प्रदर्शन को मापने के लिए सहयोग के लिए दोनों की अनुमति देता है।
- लापता अनुप्रस्थ ऊर्जा की बड़ी मात्रा के साथ घटनाओं की खोज करना, जिसका तात्पर्य उन कणों की उपस्थिति से है जो बिना हस्ताक्षर छोड़े डिटेक्टर से होकर गुजरे हैं। मानक मॉडल में केवल न्यूट्रिनो बिना पता लगाए डिटेक्टर को पार करेगा किन्तु मानक मॉडल सिद्धांतों से परे की विस्तृत श्रृंखला में नए कण होते हैं जिसके परिणामस्वरूप अनुप्रस्थ ऊर्जा भी गायब हो जाती है।
माता-पिता के विभिन्न गुणों और द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए, माता-पिता के क्षय द्वारा उत्पादित कणों के जोड़े के गतिकी का अध्ययन करना, जैसे कि जेड बोसॉन इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी या हिग्स बोसॉन की जोड़ी लेपटन चार्ज या फोटॉन की जोड़ी में क्षय हो रहा है। .
- टकराए हुए प्रोटॉनों में पार्टन (क्वार्क और ग्लून्स) के परस्पर क्रिया करने के तरीके का अध्ययन करने के लिए कणों के जेट को देखना, या नई भौतिकी के साक्ष्य की खोज करना जो हैड्रोनिक अंतिम अवस्थाओं में प्रकट होता है।
- उच्च कण बहुलता अंतिम अवस्थाओं (कई नए भौतिकी सिद्धांतों द्वारा भविष्यवाणी की गई) की खोज करना महत्वपूर्ण रणनीति है क्योंकि सामान्य मानक मॉडल कण क्षय में बहुत कम मात्रा में कण होते हैं, और जो प्रक्रियाएँ होती हैं उन्हें अच्छी तरह से समझा जाता है।
मील के पत्थर
| 1998 | Construction of surface buildings for CMS begins. |
| 2000 | LEP shut down, construction of cavern begins. |
| 2004 | Cavern completed. |
| 10 September 2008 | First beam in CMS. |
| 23 November 2009 | First collisions in CMS. |
| 30 March 2010 | First 7 TeV proton-proton collisions in CMS. |
| 7 November 2010 | First lead ion collisions in CMS.[15] |
| 5 April 2012 | First 8 TeV proton-proton collisions in CMS.[16] |
| 29 April 2012 | Announcement of the 2011 discovery of the first new particle generated here, the excited neutral Xi-b baryon. |
| 4 July 2012 | Spokesperson Joe Incandela (UC Santa Barbara) announced evidence for a particle at about 125 GeV at a seminar and webcast. This is "consistent with the Higgs boson". Further updates in the following years confirmed that the newly discovered particle is the Higgs boson.[17] |
| 16 February 2013 | End of the LHC 'Run 1' (2009–2013).[18] |
| 3 June 2015 | Beginning of the LHC 'Run 2' with an increased collision energy of 13 TeV.[19] |
| 28 August 2018 | Observation of the Higgs Boson decaying to a bottom quark pair.[20] |
| 3 December 2018 | Planned end of the LHC 'Run 2'.[21] |
| 3 March 2021 | Planned end of CERN Long Shutdown 2 and planned start of LHC 'Run 3'.[22] |
पहले बीम दिवस, सितंबर 2008 को CMS के ठीक ऊपर एक टंगस्टन ब्लॉक से टकराने वाले प्रोटॉन का कंप्यूटर जनित घटना प्रदर्शन
व्युत्पत्ति
कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड शब्द डिटेक्टर के अपेक्षाकृत कॉम्पैक्ट आकार से आता है, तथ्य यह है कि यह म्यूऑन का पता लगाता है, और डिटेक्टर में सोलनॉइड का उपयोग करता है।[23] सीएमएस सेंटर-ऑफ-मोमेंटम फ्रेम|सेंटर-ऑफ-मास सिस्टम का भी संदर्भ है, जो कण भौतिकी में महत्वपूर्ण अवधारणा है।
यह भी देखें
- बड़े हैड्रोन कोलाइडर प्रयोगों की सूची
टिप्पणियाँ
- ↑ "संग्रहीत प्रति" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-10-18. Retrieved 2014-10-18.
- ↑ "सीएमएस सहयोग - सीएमएस प्रयोग". cms.cern. Retrieved 28 January 2020.
- ↑ Biever, C. (6 July 2012). "It's a boson! But we need to know if it's the Higgs". New Scientist. Retrieved 2013-01-09.
'As a layman, I would say, I think we have it,' said Rolf-Dieter Heuer, director general of CERN at Wednesday's seminar announcing the results of the search for the Higgs boson. But when pressed by journalists afterwards on what exactly 'it' was, things got more complicated. 'We have discovered a boson – now we have to find out what boson it is'
Q: 'If we don't know the new particle is a Higgs, what do we know about it?' We know it is some kind of boson, says Vivek Sharma of CMS [...]
Q: 'are the CERN scientists just being too cautious? What would be enough evidence to call it a Higgs boson?' As there could be many different kinds of Higgs bosons, there's no straight answer.
[emphasis in original] - ↑
Siegfried, T. (20 July 2012). "Higgs Hysteria". Science News. Retrieved 2012-12-09.
In terms usually reserved for athletic achievements, news reports described the finding as a monumental milestone in the history of science.
- ↑
Del Rosso, A. (19 November 2012). "Higgs: The beginning of the exploration". CERN Bulletin. Retrieved 2013-01-09.
Even in the most specialized circles, the new particle discovered in July is not yet being called the "Higgs boson". Physicists still hesitate to call it that before they have determined that its properties fit with those the Higgs theory predicts the Higgs boson has.
- ↑ O'Luanaigh, C. (14 March 2013). "New results indicate that new particle is a Higgs boson". CERN. Retrieved 2013-10-09.
- ↑ "हिग्स बोसोन". CERN: Accelerating Science. CERN. Retrieved 11 June 2015.
- ↑ Acosta, Darin (2006). CMS Physics: Technical Design Report Volume 1: Detector Performance and Software. Technical design report. CMS. ISBN 9789290832683.
- ↑ "ट्रैकर डिटेक्टर - सीएमएस प्रयोग". cms.web.cern.ch. Retrieved 20 December 2017.
- ↑ Weber, Hannsjorg (2016). "The phase-1 upgrade of the CMS pixel detector". 2016 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room-Temperature Semiconductor Detector Workshop (NSS/MIC/RTSD). pp. 1–4. doi:10.1109/NSSMIC.2016.8069719. ISBN 978-1-5090-1642-6. OSTI 1475062. S2CID 22786095.
- ↑ CMS installs the world's largest silicon detector, CERN Courier, Feb 15, 2008
- ↑ "रूसी नौसेना के गोले का उपयोग - सीएमएस प्रयोग". cms.web.cern.ch. Retrieved 20 December 2017.
- ↑ Precise mapping of the magnetic field in the CMS barrel yoke using cosmic rays
- ↑ "डिटेक्टर". cms.cern. Archived from the original on 2021-02-19. Retrieved 2021-06-20.
- ↑ "First lead-ion collisions in the LHC". CERN. 2010. Retrieved 2014-03-14.
- ↑ "New world record - first pp collisions at 8 TeV". CERN. 2012. Retrieved 2014-03-14.
- ↑ "ATLAS and CMS experiments shed light on Higgs properties". CERN. 2015. Retrieved 2018-09-13.
...the decay of the Higgs boson to tau particles is now observed with more than 5 sigma significance...
- ↑ "LHC report: Run 1 - the final flurry". CERN. 2013. Retrieved 2014-03-14.
- ↑ "LHC experiments back in business at record energy". CERN. 2015. Retrieved 2018-09-13.
- ↑ "LHC Schedule 2018" (PDF). CERN. 2018. Retrieved 2018-09-13.
- ↑ "Long-sought decay of Higgs boson observed". CERN. 2018. Retrieved 2018-09-13.
- ↑ "MASTER SCHEDULE OF THE LONG SHUTDOWN 2 (2019-2020)" (PDF). CERN. 2018. Retrieved 2018-09-13.
- ↑ Aczel, Ammir D. "Present at the Creation: Discovering the Higgs Boson". Random House, 2012
संदर्भ
- CMS Collaboration (Bayatian, G.L. et al.) (2006). "CMS Physics Technical Design Report Volume I: Software and Detector Performance" (PDF). CERN.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(help) (mirrors: inspire, CDS)
बाहरी संबंध
- CMS home page
- CMS experiment record in INSPIRE-HEP
- CMS Public Results
- CMS Outreach
- CMS Times
- CMS section from US/LHC Website
- The assembly of the CMS detector, step by step, through a 3D animation
- The CMS Collaboration, S Chatrchyan; et al. (2008-08-14). "The CMS experiment at the CERN LHC". Journal of Instrumentation. 3 (8): S08004. Bibcode:2008JInst...3S8004T. doi:10.1088/1748-0221/3/08/S08004. (Full design documentation)
- Copeland, Ed. "Inside the CMS Experiment". Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham.
