Esperimento ATLAS: differenze tra le versioni

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'''ATLAS''' ('''''A''' '''T'''oroidal '''L'''HC '''A'''pparatu'''S''''')<ref name=fact_sheets>{{cita web |titolo= ATLAS Fact Sheets |url= https://atlas.cern/resources/fact-sheets |editore= ATLAS |accesso=27 gennaio 2022}}</ref><ref name=Run2>{{cita pubblicazione|titolo=ATLAS Run-2 status and performance|autore=Francesca Pastore |rivista=Nuclear and Particle Physics Proceedings |anno=2016 |volume=270 |doi=10.1016/j.nuclphysbps.2016.02.002|pp=3-7|url=http://cds.cern.ch/record/2048973}}</ref><ref name=bibbia>{{cita pubblicazione |autore=ATLAS Collaboration |anno=2008 |titolo= The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider|rivista=Journal of Instrumentation |volume=3 |numero=8 |p=S08003 |doi=10.1088/1748-0221/3/08/S08003 |accesso=26 gennaio 2022 |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/3/08/S08003}} Pubblicato anche come {{Cita libro |autore= ATLAS Collaboration |curatore1=Amos Breskin |curatore2=Rüdiger Voss |titolo=The CERN Large Hadron Collider: Accelerator and Experiments - Volume 1: LHC Machine, ALICE, and ATLAS |capitolo=The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider |anno=2009 |città=Geneva |editore= CERN |ISBN=9789290833376}}</ref><ref name=Technical_Proposal>{{Cita libro|anno=1994|titolo= ATLAS Technical Proposal |url=https://atlas.web.cern.ch/Atlas/TP/NEW/HTML/tp9new/node1.html}}</ref> è uno dei nove [[rivelatore di particelle|rivelatori di particelle]] ([[A Large Ion Collider Experiment|ALICE]], ATLAS, [[Compact Muon Solenoid|CMS]], [[Esperimento FASER|FASER]], [[LHCb]], [[LHCf]], [[Esperimento MoEDAL|MoEDAL]], [[Esperimento SND|SND]] e [[TOTEM (rivelatore)|TOTEM]]) costruiti per il Large Hadron Collider ([[Large Hadron Collider|LHC]]), un [[acceleratore di particelle]] al Centro Europeo Ricerche Nucleari ([[CERN]]) presso [[Ginevra]]. La costruzione di ATLAS è terminata nell'ottobre del 2008 e le prime collisioni fra [[protone|protoni]] furono registrate nel novembre del 2009.<ref>{{Cita news |url=https://atlas.cern/discover/about|titolo=About the ATLAS Experiment |pubblicazione=ATLAS Experiment at CERN |data=26 marzo 2015 |accesso=24 febbraio 2018 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20180221024742/http://atlas.cern/discover/about|urlmorto=sì}}</ref><ref>{{Cita news|url=https://atlas.cern/updates/atlas-news/first-collisions-atlas |titolo=First collisions in ATLAS |pubblicazione=ATLAS Experiment at CERN |data=23 novembre 2009 |accesso=24 febbraio 2018}}</ref> ATLAS è stato, assieme a [[Compact Muon Solenoid|CMS]], uno dei due esperimenti di [[Large Hadron Collider|LHC]] che, il 4 luglio 2012, hanno annunciato la scoperta del [[bosone di Higgs]].<ref name="Higgs2012">{{cita web|url=http://press.cern/press-releases/2012/07/cern-experiments-observe-particle-consistent-long-sought-higgs-boson|titolo=CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson|data=4 luglio 2012|sito=[[CERN]]|accesso=26 gennaio 2022}}</ref><ref name="Higgs2013">{{cita web| url=http://press.cern/backgrounders/cern-and-higgs-boson |titolo=CERN and the Higgs boson |sito=CERN |accesso=23 novembre 2016 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20161123201553/https://press.cern/backgrounders/cern-and-higgs-boson |urlmorto=sì}}</ref>

Il [[rivelatore di particelle|rivelatore]] ha una geometria [[cilindro (geometria)|cilindrica]], è lungo 44&nbsp;metri, ha un diametro di 25&nbsp;metri, pesa circa {{formatnum:7000}}&nbsp;tonnellate<ref name=fact_sheets/><ref name=bibbia/><ref name=Technical_Proposal/><ref>{{Cita web |url=https://www.asimmetrie.it/i-giganti-a-caccia?highlight=WyJhdGxhcyJd |titolo=I giganti a caccia |data=giugno 2009 |accesso=23 settembre 2017}}</ref> ed è attualmente il più grande [[rivelatore di particelle|spettrometro]] costruito presso un [[acceleratore di particelle]]. L'esperimento è stato progettato per osservare fenomeni che riguardano le [[particella elementare|particelle elementari]], per scoprire nuove [[particella (fisica)|particelle]] a breve [[vita media]] e per far luce su teorie di [[fisica delle particelle]] oltre il [[Modello standard]].

Ad ATLAS partecipano {{formatnum:6003}} membri, di cui {{formatnum:3822}} [[fisico|fisici]] (dati del 26 giugno 2022), appartenenti a 257 istituti di ricerca da 42 nazioni diverse.<ref name=fact_sheets/><ref name=collaboraz>{{Cita news|url=https://atlas.cern/discover/collaboration|titolo=The Atlas Collaboration|pubblicazione=ATLAS Experiment at CERN|accesso=26 gennaio 2022}}</ref>

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Le sole particelle stabili a non poter essere rivelate direttamente da ATLAS sono i [[neutrino|neutrini]]: la loro presenza è dedotta da apparenti violazioni della [[conservazione della quantità di moto]] durante una collisione. Per svolgere questo compito, il rivelatore deve essere ''"ermetico"'', ovvero deve misurare ''tutte'' le altre particelle, senza punti ciechi.

L'installazione di tutti e quattro i sistemi di rivelazione fu complatatacompletata nell'Agostoagosto 2008. I [[rivelatore di particelle|rivelatori]] hanno raccolto i dati di milioni di raggi cosmici, durante la riparazione dei magneti che ebbe luogo tra l'Autunnoautunno 2008 e l'Autunnoautunno 2009, prima dell'inizio dell'iniezione di protoni nell'LHC. I rivelatori mostrarono un'efficienza vicina al 100% e caratteristiche di funzionamento molto prossime a quelle di progetto.<ref>{{cita pubblicazione |titolo= Performance of the ATLAS Detector using First Collision Data |rivista=Journal of High Energy Physics |volume=1009 |anno=2010|p=056|doi= 10.1007/JHEP09(2010)056|arxiv = 1005.5254 |bibcode = 2010JHEP...09..056A|cognome1= Aad|nome1=G.|numero= 9}}</ref>

===Rivelatore interno===

[[File:ATLAS TRT.jpg|thumb|Sezione centrale del TRT (Transition Radiation Tracker). Si tratta della parte più esterna del rivelatore interno. A Settembre 2005 era montato in superficie, per essere validato con [[raggi cosmici]].]]

Il [[rivelatore di particelle|rivelatore]] interno<ref name=fact_sheets/><ref name=Run2/><ref name=bibbia/><ref name=Technical_Proposal/><ref>{{cita pubblicazione | titolo=Alignment of the ATLAS inner detector tracking system | autore=Regina Moles-Valls | rivista=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A | anno=2010 | volume=617 | numero=1–3 |pp=568–570 | doi=10.1016/j.nima.2009.09.101|bibcode = 2010NIMPA.617..568M | arxiv=0910.5156 }}</ref> inizia a pochi centimetri dall'asse del fascio di protoni e si estende fino ad un raggio di 1,2&nbsp;m, per una lunghezza di 6,2&nbsp;m nella direzione del tubo che contiene il fascio. La sua principale funzione è di tracciare le particelle cariche e misurarenemisurarne la [[quantità di moto]]. È composto da tre rivelatori diversi (Rivelatore a pixel, SCT e TRT), descritti nel seguito.

Il [[campo magnetico]] che circonda interamente il rivelatore interno curva la traiettoria delle particelle cariche. La direzione della curvatura rivela il segno (positivo o negativo) della [[carica elettrica]] della particella, mentre il [[raggio (geometria)|raggio]] di [[curvatura]] permette di calcolarne la [[quantità di moto]]. Il punto d'inizio della traccia è un'informazione rilevante per l'identificazione del tipo di particella. Ad esempio, se un gruppo di tracce ha origine lontano dal punto iniziale d'interazione tra i protoni, si tratta di un'indicazione del decadimento di una particella pesante, come un [[adrone]] contenente un [[quark (particella)|quark]] di tipo [[Quark bottom|b]].

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====Rivelatore a pixel====

Il [[rivelatore di particelle|rivelatore]] a pixel<ref>{{cita pubblicazione|titolo=The ATLAS pixel detector|autore=Hugging, F. |rivista=IEEE Transactions on Nuclear Science |anno=2006 |volume=53 |numero=6|doi=10.1109/TNS.2006.871506|pp=1732–1736|arxiv=physics/0412138 |bibcode = 2006ITNS...53.1732H }}</ref> è la parte più interna dello spettrometro ATLAS.

È formato da quattro strati cilindrici concentrici più tre dischi per ciascuna base del volume cilindrico delimitato, costituiti da 1.744 moduli ognuno dei quali misura (2 x 6) cm². Il materiale attivo è [[silicio]] dallo spessore di 250&nbsp;µm.

Ogni modulo contiene 16 [[circuito integrato|circuiti integrati]] di lettura ed altri componenti elettronici. L'unità di lettura elementare è un pixel di (50 x 400) µm² e ci sono circa 47.000 pixel per modulo.

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====TRT (Transition Radiation Tracker)====

Il TRT (''Transition Radiation Tracker''), l'elemento più esterno del rivelatore interno di ATLAS, è la combinazione di un rivelatore a cannucce (''straw tracker'') e un rivelatore a transizione di radiazione (TRD, ''transition radiation detector'').

Gli elementi del rivelatore sono camere a deriva (''drift tubes'') formati da cannucce, ciascuna dal diametro di 4 mm e lunghezza fino a 144 cm. Il TRT è composto da circa 300.000 cannucce.

L'incertezza nella ricostruzione della posizione ("risoluzione della traccia") è di circa 200&nbsp;µm. Si tratta di una misura meno precisa di quelle degli altri due rivelatori interni, che rappresenta un compromesso necessario per ridurre il costo di un rivelatore che copre un volume notevole, mantenendo le caratteristiche di un TRD.

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# Oltre 1.200 [[rivelatore di particelle|rivelatori]] che misurano, con grande precisione, le traiettorie dei [[muone|muoni]] uscenti;

# Rivelatori che determinano con accuratezza l'istante del passaggio dei muoni in vari punti dello [[rivelatore di particelle|spettrometro]].

Lo spettrometro [[muone|muonico]] è dotato di circa 1.000.000 di canali di lettura e i piani di rivelazione dei suoi contatori coprono una superficie totale di 12.000&nbsp;m². Il suo volume inizia appena dopo i [[calorimetro (fisica delle particelle)|calorimetri]] [[adrone|adronici]] e si estende fino ai limiti dello spettrometro ATLAS, coprendo un segmento radiale che va da 4,25&nbsp;m fino ad 11&nbsp;m dalla linea del fascio dei [[protone|protoni]]. Queste dimensioni gigantesche sono necessarie per misurare accuratamente la [[quantità di moto]] dei [[muone|muoni]], che attraversano gli strati più interni dello spettrometro prima di arrivare nella regione di rilevazione a loro dedicata. Secondo le specifiche del progetto, lo spettrometro muonico misura la [[quantità di moto]] di [[muone|muoni]] da 100 [[Elettronvolt|GeV]] di energia con un errore del 3%, mentre l'errore sale al 10% per muoni da 1.000 [[Elettronvolt|GeV]], ovvero 1 [[Elettronvolt|TeV]] di energia.

I principi di rilevazione sono simili a quelli del tracciatore interno: i muoni sono deflessi dal [[campo magnetico]] in modo da determinare il segno (positivo e negativo) della [[carica elettrica]] del muone e la sua [[quantità di moto]], misurando rispettivamente la direzione di deflessione e il [[raggio (geometria)|raggio]] di [[curvatura]] della traiettoria. Tuttavia la struttura del [[campo magnetico]] è differente nei due casi; inoltre la risoluzione spaziale è maggiore per il [[rivelatore di particelle|rivelatore]] interno che per lo spettrometro muonico, mentre le dimensioni di quest'ultimo sono molto maggiori di quelle del rivelatore interno.

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[[File:ATLAS Above.jpg|thumb|La parte terminale di quattro degli otto magneti toroidali centrali (vista dall'alto, settembre 2005).]]

Lo [[rivelatore di particelle|spettrometro]] ATLAS usa due grandi sistemi [[magnete|magnetici]] [[superconduttore|superconduttori]] per curvare la traiettoria delle particelle cariche, in modo da misurarne la [[quantità di moto]].<ref name=fact_sheets/><ref name=bibbia/><ref name=Technical_Proposal/> La curvatura è dovuta alla [[forza di Lorentz]], il cui modulo risulta proporzionale alla carica <math>q</math> della [[particella (fisica)|particella]], alla sua velocità <math>v</math> e all'intensità <math>B</math> del campo magnetico:

:<math>F = q \, v \, B.</math>

Siccome tutte le particelle prodotte nelle collisioni [[protone|protoniche]] al LHC viaggiano ad una velocità prossima a quella della luce nel vuoto <math>(v \simeq c)</math>, la [[forza di Lorentz]] è circa la stessa per particelle con la stessa carica <math>q</math>: