Evaluation of the ATLAS Transition Radiation Tracker calibration
Författare
Summary, in Swedish
Ca 100 m under marken nära Genève på den fransk-schweiziska gränsen ligger den mest kraftfulla
partikelacceleratorn som någonsin byggts - LHC. Denna magnifika maskin med 27 km omkrets
byggdes för att hjälpa forskare från hela världen att finna svar på sådana svårfångade frågor som:
Varför har stoffen, konventionell materia består av, massa?
Hur kan det vara så att det finns mer materia kvar från Big Bang än antimateria?
Varför verkar det vara mycket mer materia i galaxer, än som kan förklaras genom
teleskopobservationer?
Och kanske är det möjligt att hitta en modell som beskriver vår nuvarande kunskap om hur
elementarpartiklar beter sig och som samtidigt låter oss förena alla grundläggande krafter i naturen
till ett större perspektiv?
Hur dessa upptäckter görs är genom att kollidera protoner eller laddade bly-partiklar med varandra
och observera vilka nya partiklar som kan uppstå. Genom att observera hur dessa partiklar skapas
och sönderfaller, kan fysiker testa sina teorier som ska förutsäga partiklarnas beteende.
Alla dessa partiklar är många storleksordningar mindre våglängden för synligt ljus och kan således
inte observeras med ett normal mikroskop. Dessutom är många av dem extremt kortlivade eller
interagerar inte mycket med normal materia så att det är omöjligt att upptäcka dem direkt. Dessa
partiklar kan endast härledas genom observation av deras sönderfallsprodukter. Verktyget som gör
det möjligt för forskare att se och mäta dessa extremt svårfångade partiklar kallas för en
'partikeldetektor'. ATLAS är en sådan partikeldetektor, som mäter kollisioner produceras av LHC.
Den är av storleken på ett 7-vånings huset och består av många detektorelement-skikt. Varje skikt är
utvecklat för att mäta en specifik typ av partiklar eller en specifik egenskap.
Denna avhandling gällde den 'Transition Radiation Tracker (TRT)' som finns i den inre delen av
ATLAS-detektorn. Den var konstruerad för att detektera de exakta flygvägar joniserande partiklar,
t.ex. elektroner (elementarpartiklar som finns i de yttre områdena av varje atom), pioner (partiklar
som kan produceras i den övre atmosfären men är också delvis ansvarig för att göra atomkärnor
håller ihop) eller W / Z bosoner (partiklar som bär en grundläggande kraft av naturen som är mest
ansvarig för radioaktiva sönderfall).
Eftersom en noggrann spårning av partiklar-flygvägar är så viktigt för att få värdefull data så finns
det grupper av forskare som arbetar enbart med kalibrering och finjustering av detektorn. Denna
avhandling undersöker hur antalet kollisioner som inträffar vid ungefär samma tidpunkt i detektorn,
påverkar noggrannheten av TRT som helhet.
Man fann att partiklar med en låg rörelsemängd som rörde sig i rät vinkel mot riktningen för
protonstrålarna, hade en negativ effekt. Eftersom fler av dessa partiklar med låg rörelsemängd
produceras om det sker fler kollisioner vid samma tidpunkt minskar noggrannheten hos detektorn.
Genom att utesluta dessa partiklar från kalibrering, kan man kringgå problemet. Vidare fann man att
en viss kalibreringskonstant (Time-over-Threshold correction (tToF)) inte är lika stabil som den
kunde vara. Man är medveten om detta och arbetar kontinuerligt med att förbättra stabiliteten av
kalibreringen.
Generellt kan det sägas att kalibreringen av denna stora maskin är en knepig verksamhet och att det
kommer att förbli en aktiv forskning inom de närmaste åren. Redan nu, 3 år efter det att LHC
faktiskt startade sin verksamhet, har den upptäckt nya partiklar och ger säkerhet åt fysiken där
hittills endast hypotes funnits.
partikelacceleratorn som någonsin byggts - LHC. Denna magnifika maskin med 27 km omkrets
byggdes för att hjälpa forskare från hela världen att finna svar på sådana svårfångade frågor som:
Varför har stoffen, konventionell materia består av, massa?
Hur kan det vara så att det finns mer materia kvar från Big Bang än antimateria?
Varför verkar det vara mycket mer materia i galaxer, än som kan förklaras genom
teleskopobservationer?
Och kanske är det möjligt att hitta en modell som beskriver vår nuvarande kunskap om hur
elementarpartiklar beter sig och som samtidigt låter oss förena alla grundläggande krafter i naturen
till ett större perspektiv?
Hur dessa upptäckter görs är genom att kollidera protoner eller laddade bly-partiklar med varandra
och observera vilka nya partiklar som kan uppstå. Genom att observera hur dessa partiklar skapas
och sönderfaller, kan fysiker testa sina teorier som ska förutsäga partiklarnas beteende.
Alla dessa partiklar är många storleksordningar mindre våglängden för synligt ljus och kan således
inte observeras med ett normal mikroskop. Dessutom är många av dem extremt kortlivade eller
interagerar inte mycket med normal materia så att det är omöjligt att upptäcka dem direkt. Dessa
partiklar kan endast härledas genom observation av deras sönderfallsprodukter. Verktyget som gör
det möjligt för forskare att se och mäta dessa extremt svårfångade partiklar kallas för en
'partikeldetektor'. ATLAS är en sådan partikeldetektor, som mäter kollisioner produceras av LHC.
Den är av storleken på ett 7-vånings huset och består av många detektorelement-skikt. Varje skikt är
utvecklat för att mäta en specifik typ av partiklar eller en specifik egenskap.
Denna avhandling gällde den 'Transition Radiation Tracker (TRT)' som finns i den inre delen av
ATLAS-detektorn. Den var konstruerad för att detektera de exakta flygvägar joniserande partiklar,
t.ex. elektroner (elementarpartiklar som finns i de yttre områdena av varje atom), pioner (partiklar
som kan produceras i den övre atmosfären men är också delvis ansvarig för att göra atomkärnor
håller ihop) eller W / Z bosoner (partiklar som bär en grundläggande kraft av naturen som är mest
ansvarig för radioaktiva sönderfall).
Eftersom en noggrann spårning av partiklar-flygvägar är så viktigt för att få värdefull data så finns
det grupper av forskare som arbetar enbart med kalibrering och finjustering av detektorn. Denna
avhandling undersöker hur antalet kollisioner som inträffar vid ungefär samma tidpunkt i detektorn,
påverkar noggrannheten av TRT som helhet.
Man fann att partiklar med en låg rörelsemängd som rörde sig i rät vinkel mot riktningen för
protonstrålarna, hade en negativ effekt. Eftersom fler av dessa partiklar med låg rörelsemängd
produceras om det sker fler kollisioner vid samma tidpunkt minskar noggrannheten hos detektorn.
Genom att utesluta dessa partiklar från kalibrering, kan man kringgå problemet. Vidare fann man att
en viss kalibreringskonstant (Time-over-Threshold correction (tToF)) inte är lika stabil som den
kunde vara. Man är medveten om detta och arbetar kontinuerligt med att förbättra stabiliteten av
kalibreringen.
Generellt kan det sägas att kalibreringen av denna stora maskin är en knepig verksamhet och att det
kommer att förbli en aktiv forskning inom de närmaste åren. Redan nu, 3 år efter det att LHC
faktiskt startade sin verksamhet, har den upptäckt nya partiklar och ger säkerhet åt fysiken där
hittills endast hypotes funnits.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2012
Språk
Engelska
Fulltext
Dokumenttyp
Examensarbete för kandidatexamen
Ämne
- Physics and Astronomy
Nyckelord
- High Energy Calibration
- ATLAS
- TRT
- Particle Physics
- CERN
- LHC
Handledare
- Else Lytken (biträdande lektor)
Scientific presentation