เครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่(LHC)

แผนงานการทดลองของ LHC และเครื่องเร่งอนุภาคขั้นต้น
การทดลอง LHC
แอตลาส	อุปกรณ์ LHC รูปทรงวงแหวน
ซีเอ็มเอส	โซลินอยด์มิวออนขนาดกะทัดรัด
แอลเอชซีบี	แอลเอชซี-บิวตี้
อลิซ	การทดลองเครื่องเร่งอนุภาคไอออนขนาดใหญ่
โทเทม	พื้นที่หน้าตัดรวม การกระเจิงแบบยืดหยุ่น และการแตกตัวแบบเลี้ยวเบน
แอลเอชซีเอฟ	LHC-forward
โมเอ็ดัล	เครื่องตรวจจับโมโนโพลและอนุภาคแปลกใหม่ที่ LHC
ฟาเซอร์	การทดลองค้นหาไปข้างหน้า
เอสเอ็นดี	เครื่องตรวจจับการกระเจิงและนิวตริโน
เครื่องเร่งอนุภาคเบื้องต้นของ LHC
พีและพีบี	เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นสำหรับโปรตอน (Linac 4) และตะกั่ว (Linac 3)
(ไม่ได้ทำเครื่องหมาย)	โปรตอนซิงโครตรอนบูสเตอร์
พีเอส	โปรตอนซินโครตรอน
เอสพีเอส	ซูเปอร์โปรตอนซินโครตรอน

ATLAS ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} เป็นการทดลอง ตรวจจับอนุภาคอเนกประสงค์ที่ใหญ่ที่สุดที่ เครื่องเร่ง อนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) ที่CERN (องค์การวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป) ในสวิตเซอร์แลนด์^{[ 4 ]}การทดลองนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากพลังงานมหาศาลที่ไม่เคยมีมาก่อนที่ LHC และสังเกตปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่มีมวล มาก ซึ่งไม่สามารถสังเกตได้โดยใช้ เครื่องเร่งอนุภาค พลังงาน ต่ำกว่ารุ่นก่อนๆ ATLAS เป็นหนึ่งในสองการทดลองของ LHC ที่เกี่ยวข้องกับการค้นพบอนุภาคฮิกส์ในเดือนกรกฎาคม 2012 ^{[ 5 ] [ 6 ]}นอกจากนี้ยังได้รับการออกแบบมาเพื่อค้นหาหลักฐานของทฤษฎีฟิสิกส์อนุภาคที่อยู่นอกเหนือแบบ จำลองมาตรฐาน

การทดลองนี้เป็นความร่วมมือระหว่างสมาชิก 6,003 คน ซึ่งในจำนวนนี้ 3,822 คนเป็นนักฟิสิกส์ (อัปเดตล่าสุด: 26 มิถุนายน 2022) จาก 243 สถาบันใน 40 ประเทศ^{[ 1 ] [ 7 ]}

ไซโคลตรอนเครื่องแรกซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคชนิดแรกๆ ถูกสร้างขึ้นโดยเออร์เนสต์ โอ. ลอว์เรนซ์ในปี 1931 โดยมีรัศมีเพียงไม่กี่เซนติเมตรและพลังงาน อนุภาค 1 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)นับตั้งแต่นั้นมา เครื่องเร่งอนุภาคได้พัฒนาไปอย่างมากในการค้นหาอนุภาคใหม่ที่มีมวล มากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเครื่องเร่งอนุภาคพัฒนาขึ้นรายชื่ออนุภาคที่รู้จักซึ่งสามารถนำไปใช้ในการวิจัยก็ เพิ่มขึ้นเช่นกัน

กลุ่มความร่วมมือ ATLAS ซึ่งเป็นกลุ่มนักฟิสิกส์นานาชาติจากมหาวิทยาลัยและศูนย์วิจัยต่างๆ ที่สร้างและดำเนินการเครื่องตรวจจับ ก่อตั้งขึ้นในปี 1992 เมื่อกลุ่มความร่วมมือ EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements) และ ASCOT (Apparatus with Super Conducting Toroids) ที่เสนอไว้ ได้รวมความพยายามเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเครื่องตรวจจับอนุภาคอเนกประสงค์เพียงเครื่องเดียวสำหรับเครื่องเร่งอนุภาค ใหม่ คือLarge Hadron Collider [ ^{8 ] ปัจจุบัน}กลุ่มความร่วมมือ ATLAS มีสมาชิก 6,003 คน ซึ่งในจำนวนนี้ 3,822 คนเป็นนักฟิสิกส์ (อัปเดตล่าสุด: 26 มิถุนายน 2022) จาก 257 สถาบันใน 42 ประเทศ^{[ 1 ] [ 7 ]}

การออกแบบเป็นการผสมผสานระหว่างสองโครงการก่อนหน้าสำหรับ LHC คือ EAGLE และ ASCOT และยังได้รับประโยชน์จากการวิจัยและพัฒนาเครื่องตรวจจับที่ดำเนินการสำหรับSuperconducting Super Colliderซึ่ง เป็นโครงการ ของสหรัฐฯที่ถูกระงับในปี 1993 การทดลอง ATLAS ได้รับการเสนอในรูปแบบปัจจุบันในปี 1994 และได้รับการสนับสนุนทางการเงินอย่างเป็นทางการจากประเทศสมาชิกของ CERN ในปี 1995 ประเทศมหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการ เพิ่มเติม ได้เข้าร่วมในอีกหลายปีต่อมา งานก่อสร้างเริ่มขึ้นที่สถาบันแต่ละแห่ง จากนั้นส่วนประกอบของเครื่องตรวจจับจะถูกส่งไปยัง CERN และประกอบในหลุมทดลอง ATLAS ตั้งแต่ปี 2003 เป็นต้นไป

การก่อสร้างเสร็จสมบูรณ์ในปี 2551 และการทดลองตรวจพบ เหตุการณ์ลำแสง โปรตอน เดี่ยวครั้งแรก ในวันที่ 10 กันยายนของปีนั้น^{[ 9 ]} การเก็บข้อมูลถูกขัดจังหวะเป็นเวลากว่าหนึ่งปีเนื่องจากเหตุการณ์แม่เหล็กดับ ของ LHC ในวันที่ 23 พฤศจิกายน 2552 การชนกันของโปรตอน-โปรตอนครั้งแรกเกิดขึ้นที่ LHC และถูกบันทึกโดย ATLAS ที่พลังงานการฉีดค่อนข้างต่ำที่ 900 GeV ที่จุดศูนย์กลางมวลของการชนกัน ตั้งแต่นั้นมา พลังงานของ LHC ก็เพิ่มขึ้น: 1.8 TeV ในปลายปี 2552, 7 TeV ตลอดปี 2553 และ 2554 จากนั้น 8 TeV ในปี 2555 ช่วงเวลาการเก็บข้อมูลครั้งแรกที่ดำเนินการระหว่างปี 2553 ถึง 2555 เรียกว่า Run I หลังจากปิดระบบเป็นเวลานาน (LS1) ในปี 2556 และ 2557 ในปี 2558 ATLAS ได้เห็นการชนกันที่ 13 TeV ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} ช่วงเวลาการเก็บข้อมูลครั้งที่สอง Run II เสร็จสมบูรณ์ที่พลังงาน 13 TeV เสมอ ในช่วงปลายปี 2018 ด้วยความสว่าง รวมที่บันทึกไว้ เกือบ 140 fb ⁻¹ ( เฟมโตบาร์น ผกผัน ) ^{[ 13 ]} การปิดระบบระยะยาวครั้งที่สอง (LS2) ในปี 2019–2022 พร้อมกับการอัปเกรดเครื่องตรวจจับ ATLAS ^{[ 14 ]}ตามมาด้วย Run III ซึ่งเริ่มต้นในเดือนกรกฎาคม 2022 ^{[ 15 ]}

ปัจจุบันคณะทำงาน ATLAS นำโดยโฆษกStephane WillocqและรองโฆษกAnna SfyrlaและGuillaume Unal [ ^{16 ] อดีต}โฆษกได้แก่:

ในสาขาฟิสิกส์อนุภาค ATLAS ศึกษาประเภทของกระบวนการต่างๆ ที่ตรวจพบหรือสามารถตรวจพบได้ใน การชนกันของอนุภาค พลังงาน สูง ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) สำหรับกระบวนการที่ทราบอยู่แล้วนั้น เป็นเรื่องของการวัดคุณสมบัติของอนุภาค ที่รู้จักอย่างแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ หรือการหาหลักฐานเชิงปริมาณของการยืนยันแบบจำลองมาตรฐานสำหรับกระบวนการที่ยังไม่เคยสังเกตมาก่อน หากตรวจพบได้ จะทำให้ค้นพบอนุภาค ใหม่ หรือยืนยันทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานได้

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคเป็นทฤษฎี ที่อธิบาย แรงพื้นฐานที่รู้จัก 3 ใน 4 แรง( ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าแรงอ่อนและแรงแรง โดยไม่รวม แรงโน้มถ่วง ) ในจักรวาลรวมถึงการจำแนกอนุภาคพื้นฐาน ที่รู้จักทั้งหมด แบบจำลองนี้ ได้รับการพัฒนาเป็นขั้นตอนตลอดช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ผ่านผลงานของนักวิทยาศาสตร์หลายคนทั่วโลก^{[ 17 ]}โดยสูตรปัจจุบันได้รับการสรุปในกลางทศวรรษ 1970 หลังจากการยืนยันเชิงทดลองของการมีอยู่ของควาร์กนับตั้งแต่นั้นมา การยืนยันควาร์กท็อป (1995) นิวตริโนเทา (2000) และโบซอนฮิกส์ (2012) ได้เพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับแบบจำลองมาตรฐาน มากยิ่งขึ้น นอกจากนี้ แบบจำลองมาตรฐานยังได้ทำนายคุณสมบัติต่างๆ ของกระแสกลางอ่อนและโบซอน W และ Zด้วยความแม่นยำสูง

แม้ว่าแบบจำลองมาตรฐานจะเชื่อกันว่ามีความสอดคล้องกันทางทฤษฎี^{[ 18 ]}และประสบความสำเร็จอย่างมากในการให้การคาดการณ์เชิงทดลอง แต่ก็ยังมี ปรากฏการณ์บางอย่าง ที่ยังไม่สามารถอธิบายได้ และยังขาดความเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์ของปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน แบบ จำลอง นี้ไม่ได้อธิบายความไม่สมมาตรของแบริออน อย่างสมบูรณ์ ไม่ได้รวม ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทั้งหมด^{[ 19 ]}ตามที่อธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปหรือไม่ได้อธิบายการขยายตัวของเอกภพที่เร่งขึ้นตามที่อาจอธิบายได้ด้วยพลังงานมืดแบบจำลองนี้ไม่มี อนุภาค สสารมืด ที่ใช้งานได้ ซึ่งมีคุณสมบัติที่จำเป็นทั้งหมดที่อนุมานได้จากจักรวาลวิทยา เชิงสังเกต นอกจากนี้ยังไม่ได้รวมการแกว่งของนิวตริโนและมวลที่ไม่เป็นศูนย์ของพวกมัน ด้วย

ยกเว้นอนุภาคฮิกส์โบซอน ที่สำคัญ ซึ่งตรวจพบโดยการทดลอง ATLAS และCMSในปี 2012 ^{[ 20 ]}อนุภาคทั้งหมดที่ทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐานได้รับการสังเกตโดยการทดลองก่อนหน้านี้แล้ว ในด้านนี้ นอกเหนือจากการค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอนแล้ว งานทดลองของ ATLAS ยังมุ่งเน้นไปที่การวัดที่แม่นยำ โดยมีเป้าหมายเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ทางกายภาพของทฤษฎีต่างๆ ด้วยความแม่นยำที่มากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ

• อนุภาคฮิกส์ ;
• โบซอน W และ Z ;
• ควาร์กบนและล่าง

ATLAS วัดค่าต่างๆ ดังนี้:

• มวลชน ;
• ช่องทางการผลิต การสลายตัว และอายุเฉลี่ย
• กลไกการปฏิสัมพันธ์และค่าคงที่การเชื่อมต่อสำหรับการปฏิสัมพันธ์แบบอิเล็กโทรวีคและ แบบ แรง

ตัวอย่างเช่น ข้อมูลที่รวบรวมโดย ATLAS ทำให้สามารถวัดมวล [(80,370±19) MeV ] ของโบซอน Wซึ่งเป็นหนึ่งในตัวกลางสองตัวของอันตรกิริยาแบบอ่อนได้ ในปี 2018 โดยมีความคลาดเคลื่อนในการวัดอยู่ที่ ± 2.4 ‰

หนึ่งในเป้าหมายที่สำคัญที่สุดของ ATLAS คือการตรวจสอบชิ้นส่วนที่หายไปของแบบจำลองมาตรฐาน นั่นคือฮิกส์โบซอน^{[ 1 ] [ 21 ]} กลไกฮิกส์ซึ่งรวมถึงฮิกส์โบซอน จะให้มวลแก่อนุภาคพื้นฐาน ทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างแรงอ่อนและแม่เหล็กไฟฟ้าโดยให้ มวลแก่ โบซอน W และ Zในขณะที่โฟตอนไม่มีมวล

เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 ATLAS ร่วมกับ CMS ซึ่งเป็นการทดลองคู่ขนานที่ LHC ได้รายงานหลักฐานการมีอยู่ของอนุภาคที่สอดคล้องกับฮิกส์โบซอนที่ระดับความเชื่อมั่น 5 ซิกมา [ ^{5 ] โดย} มีมวลประมาณ 125 GeV หรือ 133 เท่าของมวลโปรตอน อนุภาค "คล้ายฮิกส์" ใหม่นี้ถูกตรวจพบโดยการสลายตัวเป็น โฟตอนสอง ตัว ( ) และการสลายตัวเป็นเลปตอน สี่ตัว ( และ) ${\displaystyle H\rightarrow \gamma \gamma }$${\displaystyle H\rightarrow ZZ^{*}\rightarrow 4l}$${\displaystyle H\rightarrow WW^{*}\rightarrow e\nu \mu \nu }$

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2556 หลังจากผลลัพธ์ที่อัปเดตจาก ATLAS และ CMS CERN ได้ประกาศว่าอนุภาคที่ค้นพบใหม่นั้นเป็นฮิกส์โบซอนจริง ๆ การทดลองยังสามารถแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติของอนุภาค ตลอดจนวิธีการที่มันมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่น ๆ นั้นตรงกับคุณสมบัติของฮิกส์โบซอน ซึ่งคาดว่าจะมีสปิน 0 และพาริตีเป็นบวกการวิเคราะห์คุณสมบัติเพิ่มเติมของอนุภาคและข้อมูลที่รวบรวมในปี พ.ศ. 2558 และ พ.ศ. 2559 ยืนยันเรื่องนี้เพิ่มเติม^{[ 20 ]}

ในเดือนตุลาคมปี 2013 นักฟิสิกส์ทฤษฎีสองคนที่ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์ในแบบจำลองมาตรฐาน ได้แก่ปีเตอร์ ฮิกส์และฟรองซัวส์ เองเลิร์ตได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

คุณสมบัติของท็อปควาร์กที่ค้นพบที่เฟอร์มิแล็บในปี 1995 ได้รับการวัดโดยประมาณแล้ว ด้วยพลังงานที่มากกว่าและอัตราการชนที่มากกว่า LHC จึงผลิตท็อปควาร์กจำนวนมหาศาล ทำให้ ATLAS สามารถวัดมวลและปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ ได้แม่นยำยิ่งขึ้น^{[ 22 ]} การวัดเหล่านี้ให้ข้อมูลทางอ้อมเกี่ยวกับรายละเอียดของแบบจำลองมาตรฐาน โดยมีความเป็นไปได้ที่จะเปิดเผยความไม่สอดคล้องกันที่ชี้ไปถึงฟิสิกส์ใหม่

ในขณะที่แบบจำลองมาตรฐานทำนายว่าควาร์กเลปตอนและนิวตริโน ควรมีอยู่จริง แต่ แบบจำลองนี้ไม่ได้อธิบายว่าทำไมมวลของอนุภาคเหล่านี้จึงแตกต่างกันมาก (แตกต่างกันหลายอันดับ ) ยิ่งไปกว่านั้น ตาม แบบจำลองมาตรฐาน มวลของนิวตริโน ควรจะเป็น ศูนย์เท่ากับมวลของโฟตอน แต่ในความเป็นจริง นิวตริโนมีมวลในปี 1998 ผลการวิจัยจากเครื่องตรวจจับSuper-Kamiokandeพบว่านิวตริโนสามารถเปลี่ยนชนิดจากชนิด หนึ่ง ไปเป็นอีกชนิดหนึ่งได้ ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันมีมวลที่ไม่ใช่ศูนย์ ด้วยเหตุผลเหล่านี้และเหตุผลอื่นๆนักฟิสิกส์อนุภาค หลายคน เชื่อว่าแบบจำลองมาตรฐานอาจล้มเหลวที่ระดับพลังงานเทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV)หรือสูงกว่านั้น ทฤษฎีทางเลือกส่วนใหญ่ ซึ่งรวมถึง ทฤษฎีเอกภาพยิ่งใหญ่ (GUTs) และ ทฤษฎี สมมาตรยิ่งยวด (SUSY) ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคใหม่ที่มีมวลมากกว่าแบบจำลอง มาตรฐาน

ทฤษฎีส่วนใหญ่ที่เสนอในปัจจุบันทำนายอนุภาคใหม่ที่มีมวลมากกว่าเดิม ซึ่งบางส่วนอาจมีน้ำหนักเบาพอที่จะสังเกตได้ด้วย ATLAS แบบจำลองของซูเปอร์สมมาตร เกี่ยวข้องกับอนุภาคใหม่ที่มีมวลมาก ในหลายกรณี อนุภาคเหล่านี้จะสลายตัวเป็น ควาร์กพลังงานสูงและอนุภาคหนักที่มีเสถียรภาพ ซึ่งไม่น่าจะทำปฏิกิริยากับสสารธรรมดา อนุภาคที่มีเสถียรภาพจะหลุดรอดจากเครื่องตรวจจับ เหลือไว้เพียงสัญญาณของเจ็ตควาร์ก พลังงานสูงหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งเจ็ต และ โมเมนตัมที่ "หายไป" จำนวนมากอนุภาคที่มีมวลมากในสมมติฐานอื่นๆ เช่น อนุภาคในทฤษฎีของ Kaluza–Kleinอาจทิ้งร่องรอยที่คล้ายกัน ข้อมูลที่รวบรวมได้จนถึงสิ้นสุด LHC Run II ไม่แสดงหลักฐานของอนุภาคซูเปอร์สมมาตรหรืออนุภาคที่ไม่คาดคิด ซึ่งการวิจัยจะดำเนินต่อไปในข้อมูลที่จะรวบรวมตั้งแต่ Run III เป็นต้นไป

ความไม่สมมาตรระหว่างพฤติกรรมของสสารและปฏิสสารซึ่งเรียกว่าการละเมิด CPกำลังได้รับการตรวจสอบเช่นกัน^{[ 21 ]}การทดลองล่าสุดที่มุ่งเน้นการวัดการละเมิด CP เช่นBaBarและBelleไม่พบการละเมิด CP ที่เพียงพอในแบบจำลองมาตรฐานเพื่ออธิบายการขาดปฏิสสารที่ตรวจจับได้ในจักรวาล เป็นไปได้ว่าแบบจำลองฟิสิกส์ใหม่จะนำเสนอการละเมิด CP เพิ่มเติม ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจปัญหานี้ได้ดียิ่งขึ้น หลักฐานที่สนับสนุนแบบจำลองเหล่านี้อาจตรวจพบได้โดยตรงจากการผลิตอนุภาคใหม่ หรือโดยอ้อมจากการวัดคุณสมบัติของเมซอน B และ D การ ทดลอง LHCbของ LHC ที่มุ่งเน้นเมซอน B น่าจะเหมาะสมกว่าสำหรับกรณีหลัง^{[ 23 ]}

สมมติฐานบางประการที่อิงตามแบบจำลอง ADDเกี่ยวข้องกับมิติพิเศษขนาดใหญ่และทำนายว่าหลุมดำขนาดเล็กอาจก่อตัวขึ้นโดย LHC ^{[ 24 ]} หลุมดำ เหล่านี้จะสลายตัวทันทีโดยอาศัยการแผ่รังสีฮอว์คิงทำให้เกิดอนุภาคทั้งหมดในแบบจำลองมาตรฐานในจำนวนที่เท่ากันและทิ้งร่องรอยที่ชัดเจนไว้ในเครื่องตรวจจับ ATLAS ^{[ 25 ]}

เครื่องตรวจจับ ATLAS มีความยาว 46 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 25 เมตร และมีน้ำหนักประมาณ 7,000 ตัน ประกอบด้วยสายเคเบิลยาวประมาณ 3,000 กิโลเมตร^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) ที่CERN มี เส้นรอบวง 27 กิโลเมตรทำหน้าที่ชนลำแสงโปรตอนสองลำเข้าด้วยกัน โดยแต่ละโปรตอนมีพลังงานสูงถึง 6.8  TeVซึ่งมากพอที่จะสร้างอนุภาคที่มีมวลมากกว่าอนุภาคใดๆ ที่รู้จักในปัจจุบัน หากอนุภาคเหล่านั้นมีอยู่จริง เมื่อลำแสง โปรตอน ที่ผลิตโดยเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ทำปฏิกิริยากันที่ใจกลางของเครื่องตรวจจับ จะเกิดอนุภาคต่างๆ มากมายที่มีช่วงพลังงานกว้าง

เครื่องตรวจจับ ATLAS ถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้หลากหลาย แทนที่จะเน้นไปที่กระบวนการทางฟิสิกส์เฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง ATLAS ถูกออกแบบมาเพื่อวัดสัญญาณได้หลากหลายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จุดประสงค์ก็เพื่อให้มั่นใจว่าไม่ว่ากระบวนการทางฟิสิกส์หรืออนุภาคใหม่ใด ๆ จะมีรูปแบบใด ATLAS ก็จะสามารถตรวจจับและวัดคุณสมบัติของพวกมันได้ ATLAS ถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ ได้แก่ มวลโมเมนตัม พลังงานอายุการใช้งาน ประจุ และ สปิ น นิวเคลียร์

การทดลองในเครื่องเร่งอนุภาครุ่นก่อนๆ เช่นเทวาตรอนและเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน-โพซิตรอนขนาดใหญ่ก็ถูกออกแบบมาเพื่อการตรวจจับทั่วไปเช่นกัน อย่างไรก็ตาม พลังงานของลำแสงและอัตราการชนที่สูงมาก ทำให้ ATLAS จำเป็นต้องมีขนาดใหญ่และซับซ้อนกว่าการทดลองก่อนหน้านี้อย่างมาก ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายเฉพาะตัวของเครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่

เพื่อระบุอนุภาคทั้งหมดที่เกิดขึ้น ณจุดปฏิสัมพันธ์ที่ลำแสงอนุภาคชนกัน เครื่องตรวจจับจึงถูกออกแบบเป็นชั้นๆ โดยแต่ละชั้นประกอบด้วยเครื่องตรวจจับประเภทต่างๆ ซึ่งแต่ละประเภทได้รับการออกแบบมาเพื่อสังเกตอนุภาคประเภทเฉพาะ ร่องรอยต่างๆ ที่อนุภาคทิ้งไว้ในแต่ละชั้นของเครื่องตรวจจับช่วยให้สามารถระบุอนุภาค ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และวัดพลังงานและโมเมนตัมได้อย่างแม่นยำ (บทบาทของแต่ละชั้นในเครื่องตรวจจับจะกล่าวถึงด้านล่าง ) เมื่อพลังงานของอนุภาคที่ผลิตโดยเครื่องเร่งอนุภาคเพิ่มขึ้น เครื่องตรวจจับที่ติดอยู่กับเครื่องเร่งอนุภาคจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อวัดและหยุดอนุภาคที่มีพลังงานสูงขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ณ ปี 2022 เครื่องตรวจจับ ATLAS เป็นเครื่องตรวจจับที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาในเครื่องเร่งอนุภาค^{[ 26 ]}

เครื่องตรวจจับ ATLAS ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}ประกอบด้วยชุดของทรงกระบอกวงกลมขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ รอบจุดปฏิสัมพันธ์ที่ลำแสงโปรตอนจาก LHC ชนกัน การรักษาประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับในบริเวณที่มีรังสีสูงซึ่งอยู่รอบๆ ลำแสงโปรตอนโดยตรงถือเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญ เครื่องตรวจจับสามารถแบ่งออกเป็นสี่ระบบหลัก:

1. ตัวตรวจจับภายใน;
2. เครื่องวัดความร้อน;
3. เครื่องวัดสเปกตรัม มิวออน ;
4. ระบบแม่เหล็ก

แต่ละส่วนประกอบเหล่านี้สร้างขึ้นจากหลายชั้น ตัวตรวจจับเหล่านี้ทำงานเสริมกัน: ตัวตรวจจับภายในติดตามอนุภาคได้อย่างแม่นยำ เครื่องวัดพลังงานวัดพลังงานของอนุภาคที่หยุดได้ง่าย และระบบมิวออนทำการวัดเพิ่มเติมสำหรับมิวออนที่มีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง ระบบแม่เหล็กสองระบบจะเบี่ยงเบน อนุภาค ที่มีประจุในตัวตรวจจับภายในและเครื่องวัดสเปกตรัมมิวออน ทำให้สามารถวัดประจุไฟฟ้าและโมเมนตัม ของอนุภาคได้ อนุภาคเสถียรเพียงชนิดเดียวที่ไม่สามารถตรวจจับได้โดยตรงคือ นิวตริโนการมีอยู่ของนิวตริโนนั้นอนุมานได้จากการวัดความไม่สมดุลของโมเมนตัมระหว่างอนุภาคที่ตรวจพบ เพื่อให้การทำงานนี้เป็นไปได้ ตัวตรวจจับจะต้อง " ปิดสนิท " หมายความว่าต้องตรวจจับอนุภาคที่ไม่ใช่นิวตริโนทั้งหมดที่ผลิตขึ้นโดยไม่มีจุดบอด

การติดตั้งระบบตรวจจับทั้งหมดข้างต้นเสร็จสิ้นในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2551 เครื่องตรวจจับได้รวบรวมรังสีคอสมิกหลายล้านหน่วยในระหว่างการซ่อมแซมแม่เหล็กซึ่งเกิดขึ้นระหว่างฤดูใบไม้ร่วง พ.ศ. 2551 ถึงฤดูใบไม้ร่วง พ.ศ. 2552 ก่อนการชนกันของโปรตอนครั้งแรก เครื่องตรวจจับทำงานด้วยประสิทธิภาพเกือบ 100% และให้ลักษณะการทำงานที่ใกล้เคียงกับค่าที่ออกแบบไว้มาก^{[ 27 ]}

เครื่องตรวจจับภายใน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 29 ]}เริ่มต้นห่างจากแกนลำแสงโปรตอนเพียงไม่กี่เซนติเมตร ขยายไปถึงรัศมี 1.2 เมตร และมีความยาว 6.2 เมตรตามแนวท่อลำแสง หน้าที่พื้นฐานคือการติดตามอนุภาคที่มีประจุโดยการตรวจจับปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคกับวัสดุ ณ จุดที่กำหนด เผยให้เห็นข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับประเภทของอนุภาคและโมเมนตัมของอนุภาค^{[ 30 ]} เครื่องตรวจจับภายในมีสามส่วน ซึ่งจะอธิบายไว้ด้านล่าง

สนามแม่เหล็กที่ล้อมรอบตัวตรวจจับภายในทั้งหมดทำให้อนุภาคที่มีประจุโค้งงอ ทิศทางการโค้งงอบ่งบอกถึงประจุของอนุภาค และระดับความโค้งงอบ่งบอกถึงโมเมนตัมของอนุภาค จุดเริ่มต้นของร่องรอยให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์สำหรับการระบุอนุภาคตัวอย่างเช่น หากกลุ่มของร่องรอยดูเหมือนจะเริ่มต้นจากจุดอื่นที่ไม่ใช่จุดชนกันของโปรตอนกับโปรตอนดั้งเดิม นี่อาจเป็นสัญญาณว่าอนุภาคเหล่านั้นมาจากการสลายตัวของแฮดรอนที่มีควาร์กด้านล่าง (ดูการติดแท็กบี )

ตัวตรวจจับพิกเซล^{[ 31 ]}ซึ่งเป็นส่วนในสุดของตัวตรวจจับ ประกอบด้วยชั้นวงกลมซ้อนกันสี่ชั้นและแผ่นดิสก์สามแผ่นที่ปลายแต่ละด้าน รวมทั้งหมด 1,744  โมดูลแต่ละโมดูลมีขนาด 2 เซนติเมตร x 6 เซนติเมตร วัสดุตรวจจับเป็นซิลิคอน หนา 250 ไมโครเมตร แต่ละโมดูลประกอบด้วยชิป อ่านค่า 16 ตัว และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ หน่วยที่เล็กที่สุดที่สามารถอ่านค่าได้คือพิกเซล (50 x 400 ไมโครเมตร) โดยมีพิกเซลประมาณ 47,000 พิกเซลต่อโมดูล

ขนาดพิกเซลที่เล็กมากได้รับการออกแบบมาเพื่อการติดตามที่แม่นยำอย่างยิ่งในบริเวณใกล้กับจุดปฏิสัมพันธ์ โดยรวมแล้ว ตัวตรวจจับพิกเซลมีช่องสัญญาณอ่านค่ามากกว่า 92 ล้านช่อง ซึ่งคิดเป็นประมาณ 50% ของช่องสัญญาณอ่านค่าทั้งหมดของตัวตรวจจับทั้งหมด การมีจำนวนช่องสัญญาณมากเช่นนี้ทำให้เกิดความท้าทายอย่างมากในการออกแบบและวิศวกรรม อีกความท้าทายหนึ่งคือรังสีที่ตัวตรวจจับพิกเซลได้รับเนื่องจากอยู่ใกล้กับจุดปฏิสัมพันธ์ ทำให้จำเป็นต้องทำให้ส่วนประกอบทั้งหมดทนต่อรังสีเพื่อให้ยังคงใช้งานได้หลังจากได้รับรังสีในปริมาณมาก

ตัวติดตามเซมิคอนดักเตอร์ (SCT) เป็นส่วนประกอบตรงกลางของตัวตรวจจับภายใน มีแนวคิดและฟังก์ชันการทำงานคล้ายกับตัวตรวจจับพิกเซล แต่ใช้แถบยาวและแคบแทนพิกเซลขนาดเล็ก ทำให้สามารถครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ขึ้นได้ แถบแต่ละแถบมีขนาด 80 ไมโครเมตร คูณ 12 เซนติเมตร SCT เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของตัวตรวจจับภายในสำหรับการติดตามขั้นพื้นฐานในระนาบตั้งฉากกับลำแสง เนื่องจากวัดอนุภาคในพื้นที่ที่ใหญ่กว่าตัวตรวจจับพิกเซลมาก มีจุดสุ่มตัวอย่างมากกว่า และมีความแม่นยำใกล้เคียงกัน (แม้จะเป็นแบบหนึ่งมิติ) ประกอบด้วยแถบซิลิคอนสองชั้นสี่ชั้น มีช่องอ่านค่า 6.3 ล้านช่อง และมีพื้นที่ทั้งหมด 61 ตารางเมตร

ตัวติดตามรังสีทรานซิชัน (TRT) ซึ่งเป็นส่วนประกอบภายนอกสุดของตัวตรวจจับภายใน เป็นการผสมผสานระหว่างตัวติดตามแบบหลอดและตัวตรวจจับรังสีทรานซิชันองค์ประกอบการตรวจจับคือหลอดดริฟต์ (หลอด) แต่ละหลอดมีเส้นผ่านศูนย์กลางสี่มิลลิเมตรและยาวได้ถึง 144 เซนติเมตร ความไม่แน่นอนของการวัดตำแหน่งร่องรอย (ความละเอียดของตำแหน่ง) อยู่ที่ประมาณ 200 ไมโครเมตร ซึ่งไม่แม่นยำเท่ากับตัวตรวจจับอีกสองตัว แต่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อลดต้นทุนในการครอบคลุมปริมาตรที่ใหญ่ขึ้นและเพื่อให้สามารถตรวจจับรังสีทรานซิชันได้ แต่ละหลอดบรรจุด้วยก๊าซที่จะแตกตัวเป็นไอออนเมื่ออนุภาคที่มีประจุผ่านเข้าไป หลอดเหล่านี้ถูกรักษาไว้ที่ประมาณ −1,500 โวลต์ ทำให้ไอออนลบเคลื่อนที่ไปยังลวดเส้นเล็กที่อยู่ตรงกลางของแต่ละหลอด ทำให้เกิดพัลส์กระแสไฟฟ้า (สัญญาณ) ในลวด ลวดที่มีสัญญาณจะสร้างรูปแบบของหลอดที่ "ถูกชน" ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดเส้นทางของอนุภาคได้ ระหว่างหลอดทดลอง วัสดุที่มีดัชนี หักเหแตกต่างกันอย่างมาก ทำให้เกิดการแผ่รังสี ของอนุภาคประจุที่มีความเร็วสูง มาก และทิ้งสัญญาณที่แรงกว่าปกติไว้ในหลอดทดลองบาง หลอด ก๊าซซีนอนและอาร์กอนถูกใช้เพื่อเพิ่มจำนวนหลอดทดลองที่มีสัญญาณแรง เนื่องจากปริมาณการแผ่รังสีจะมีมากที่สุดสำหรับ อนุภาค ที่มี ความเร็วสูงมาก (อนุภาคที่มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ) และเนื่องจากอนุภาคที่มีพลังงานเฉพาะจะมีความเร็วสูงขึ้นเมื่อน้ำหนักเบาลง เส้นทางของอนุภาคที่มีสัญญาณแรงมากจำนวนมากจึงสามารถระบุได้ว่าเป็นของอนุภาคประจุที่เบาที่สุด ได้แก่อิเล็กตรอนและอนุภาคปฏิปักษ์ของอิเล็กตรอน คือโพซิตรอน กล้องโทรทัศน์วิทยุ TRT มีหลอดทดลองทั้งหมดประมาณ 298,000 หลอด

แค ลอริเมตร^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}ตั้งอยู่นอกแม่เหล็ก โซลีนอยด์ ที่ล้อมรอบเครื่องตรวจจับภายใน จุดประสงค์ของแคลอริเมตรคือการวัดพลังงานจากอนุภาคโดยการดูดซับพลังงานนั้น มีระบบแคลอริเมตรพื้นฐานสองระบบ ได้แก่ แคลอริเมตรแม่เหล็กไฟฟ้าภายในและแคลอริเมตรแฮด รอนิกภายนอก ^{[ 32 ]} ทั้งสองเป็นแคลอริเมตรแบบสุ่มตัวอย่างกล่าวคือ พวกมันดูดซับพลังงานในโลหะที่มีความหนาแน่นสูงและสุ่มตัวอย่างรูปร่างของอนุภาค ที่เกิดขึ้นเป็นระยะๆ โดยอนุมานพลังงานของอนุภาคดั้งเดิมจากการวัดนี้

เครื่องวัดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (EM calorimeter) ดูดซับพลังงานจากอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งรวมถึงอนุภาคที่มีประจุและโฟตอน เครื่องมือนี้มีความแม่นยำสูง ทั้งในปริมาณพลังงานที่ดูดซับและในตำแหน่งที่แม่นยำของพลังงานที่ส่งผ่าน มุมระหว่างวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคกับแกนลำแสงของตัวตรวจจับ (หรือที่แม่นยำกว่านั้นคือ ค่าpseudorapidity ) และมุมของอนุภาคภายในระนาบตั้งฉากนั้น วัดได้ละเอียดถึงประมาณ 0.025  เรเดียนเครื่องวัดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าแบบทรงกระบอกมีอิเล็กโทรดรูปทรงคล้ายหีบเพลง และวัสดุที่ดูดซับพลังงานคือตะกั่วและสแตนเลส โดยใช้ อาร์กอนเหลวเป็นวัสดุเก็บตัวอย่าง และ จำเป็นต้องมีเครื่องทำความเย็น (cryostat)ครอบเครื่องวัดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไว้เพื่อให้เย็นเพียงพอ

แค ลอริเมตรแฮ ดรอนดูดซับพลังงานจากอนุภาคที่ผ่านแคลอริเมตร EM แต่มีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงที่แข็งแกร่งอนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแฮดรอน มีความแม่นยำน้อยกว่า ทั้งในด้านขนาดของพลังงานและตำแหน่ง (ภายในประมาณ 0.1 เรเดียนเท่านั้น) ^{[ 23 ]} วัสดุดูดซับพลังงานคือเหล็กกล้า พร้อมด้วยกระเบื้องเรืองแสงที่สุ่มตัวอย่างพลังงานที่สะสม คุณสมบัติหลายอย่างของแคลอริเมตรถูกเลือกโดยคำนึงถึงความคุ้มค่า เครื่องมือนี้มีขนาดใหญ่และประกอบด้วยวัสดุก่อสร้างจำนวนมาก ส่วนหลักของแคลอริเมตร – แคลอริเมตรกระเบื้อง – มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เมตรและครอบคลุม 12 เมตรตามแกนลำแสง ส่วนหน้าสุดของแคลอริเมตรแฮดรอนบรรจุอยู่ภายในไครโอสแตทของแคลอริเมตร EM ด้านหน้า และใช้อาร์กอนเหลวเช่นกัน ในขณะที่ใช้ทองแดงและทังสเตนเป็นตัวดูดซับ

เครื่องวัดสเปกตรัมมิวออน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}เป็นระบบติดตามขนาดใหญ่มาก ซึ่งประกอบด้วยสามส่วน:

1. สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กวงแหวนสามตัว;
2. ชุดห้องตรวจวัด 1200 ห้อง ที่วัดเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคมิวออนที่ออกมาด้วยความแม่นยำสูงในเชิงพื้นที่
3. ชุดห้องจุดระเบิดที่มีความละเอียดของเวลาที่แม่นยำ

ขอบเขตของตัวตรวจจับย่อยนี้เริ่มต้นที่รัศมี 4.25 เมตร ใกล้กับแคลอริเมตร ไปจนถึงรัศมีเต็มของตัวตรวจจับ (11 เมตร) ขนาดที่ใหญ่โตมหาศาลของมันจำเป็นต่อการวัดโมเมนตัมของมิวออนอย่างแม่นยำ ซึ่งมิวออนจะผ่านองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดของตัวตรวจจับก่อนที่จะไปถึงสเปกโทรเมตรของมิวออน มันถูกออกแบบมาเพื่อวัดโมเมนตัมของมิวออน 100 GeV ด้วยความแม่นยำ 3% และมิวออน 1 TeV ด้วยความแม่นยำ 10% การสร้างอุปกรณ์ขนาดใหญ่เช่นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากกระบวนการทางฟิสิกส์ที่น่าสนใจหลายอย่างสามารถสังเกตได้ก็ต่อเมื่อตรวจพบมิวออนอย่างน้อยหนึ่งตัว และเนื่องจากพลังงานรวมของอนุภาคในเหตุการณ์ไม่สามารถวัดได้หากไม่นับมิวออน มันทำงานคล้ายกับตัวตรวจจับภายใน โดยมิวออนจะโค้งเพื่อให้สามารถวัดโมเมนตัมได้ แม้ว่าจะมี รูปแบบ สนามแม่เหล็ก ที่แตกต่างกัน ความแม่นยำเชิงพื้นที่ต่ำกว่า และปริมาตรที่ใหญ่กว่ามากก็ตาม นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ระบุอนุภาคมีออนโดยเฉพาะด้วย เนื่องจากคาดว่าจะมีอนุภาคประเภทอื่นน้อยมากที่จะผ่านเครื่องวัดพลังงานและทิ้งสัญญาณไว้ในเครื่องสเปกโทรเมตรมีออน เครื่องนี้มีช่องรับสัญญาณประมาณหนึ่งล้านช่อง และชั้นตรวจจับมีพื้นที่รวม 12,000 ตารางเมตร

เครื่องตรวจจับ ATLAS ใช้ระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดขนาดใหญ่สองระบบเพื่อเบี่ยงเบนวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ เพื่อให้สามารถวัดโมเมนตัมของอนุภาคได้^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} การเบี่ยงเบนนี้เกิดจากแรงลอเรนซ์ซึ่งขนาดของแรงแปรผันตรงกับประจุไฟฟ้า ของอนุภาค ความเร็วของอนุภาคและความเข้มของสนามแม่เหล็ก: ${\displaystyle q}$${\displaystyle v}$${\displaystyle B}$

${\displaystyle F=q\,v\,B.}$

เนื่องจากอนุภาคทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการชนกัน ของโปรตอนในเครื่องเร่งอนุภาค LHC เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงในสุญญากาศแรงลอเรนซ์จึงมีค่าใกล้เคียงกันสำหรับอนุภาคทั้งหมดที่มีประจุไฟฟ้า เท่ากัน : ${\displaystyle (v\simeq c)}$${\displaystyle q}$

${\displaystyle F\simeq q\,c\,B.}$

รัศมีของความโค้งเนื่องจากแรงลอเรนซ์มีค่าเท่ากับ ${\displaystyle r}$

${\displaystyle r={\frac {p}{q\,B}}.}$

โดยที่คือโมเมนตัมสัมพัทธภาพของอนุภาค ผลก็คือ อนุภาคที่มีโมเมนตัมสูงจะโค้งงอน้อยมาก (ค่า มีค่ามาก) ในขณะที่อนุภาคที่มีโมเมนตัมต่ำจะโค้งงอมาก (ค่า มีค่าน้อย) ปริมาณความโค้งงอ สามารถวัดได้ และ สามารถกำหนด โมเมนตัมของอนุภาค ได้จากค่านี้${\displaystyle p=\gamma \,m\,v}$${\displaystyle r}$${\displaystyle r}$

โซลินอยด์ภายในสร้างสนามแม่เหล็กสองเทสลาล้อมรอบตัวตรวจจับภายใน^{[ 33 ]} สนามแม่เหล็กสูงนี้ทำให้อนุภาคที่มีพลังงานสูงมากสามารถโค้งงอได้มากพอที่จะกำหนดโมเมนตัมได้ และทิศทางและความแรงที่เกือบสม่ำเสมอทำให้สามารถทำการวัดได้อย่างแม่นยำมาก อนุภาคที่มีโมเมนตัมต่ำกว่าประมาณ 400 MeVจะโค้งงออย่างรุนแรงจนวนซ้ำในสนามและอาจวัดไม่ได้ อย่างไรก็ตาม พลังงานนี้มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับพลังงานหลายTeVที่ปล่อยออกมาในการชนกันของโปรตอนแต่ละครั้ง

สนามแม่เหล็ก ทอรอยด์ภายนอก ถูกสร้างขึ้นโดย วงแหวนทรงกระบอกตัวนำยิ่งยวดแกนอากาศขนาดใหญ่มาก 8 วง และแม่เหล็กทอรอยด์อากาศปลายปิดขนาดเล็กกว่าอีก 2 วง รวมเป็นวงแหวนทรงกระบอกทั้งหมด 24 วง ซึ่งทั้งหมดตั้งอยู่นอกแคลอริเมตรและอยู่ภายในระบบมิวออน ^{[ 33 ]} สนามแม่เหล็กนี้แผ่ขยายออกไปในพื้นที่ยาว 26 เมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เมตร และเก็บพลังงานได้ 1.6  กิกะจูลสนามแม่เหล็กนี้ไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากแม่เหล็กโซลีนอยด์ที่มีขนาดเพียงพอจะมีราคาแพงมากจนไม่คุ้มค่าที่จะสร้าง มันจึงแปรผันระหว่าง 2 ถึง 8 เทสลาเมตร

เครื่องตรวจจับ ATLAS ได้รับการเสริมด้วยชุดเครื่องตรวจจับย่อยสี่ชุดในบริเวณด้านหน้าเพื่อวัดอนุภาคที่มุมเล็กมาก^{[ 34 ]}

1. LUCID (LUminosity Cherenkov Integrating Detector) เป็นเครื่องตรวจจับตัวแรกที่ออกแบบมาเพื่อวัดความสว่าง และตั้งอยู่ในถ้ำ ATLAS ที่ระยะ 17 เมตรจากจุดปฏิสัมพันธ์ระหว่างปลายทั้งสองของมิวออน
2. ZDC (Zero Degree Calorimeter) ถูกออกแบบมาเพื่อวัดอนุภาคที่เป็นกลางที่อยู่บนแกนของลำแสง และตั้งอยู่ที่ระยะ 140 เมตรจากจุดเชื่อมต่อลำแสง (IP) ในอุโมงค์ LHC ซึ่งเป็นจุดที่ลำแสงทั้งสองถูกแยกออกเป็นท่อลำแสงแยกกัน
3. AFP (Atlas Forward Proton) ถูกออกแบบมาเพื่อระบุเหตุการณ์การเลี้ยวเบน และตั้งอยู่ที่ระยะ 204 เมตร และ 217 เมตร
4. ALFA (Absolute Luminosity For ATLAS) ถูกออกแบบมาเพื่อวัดการกระเจิงแบบยืดหยุ่นของโปรตอน ซึ่งเกิดขึ้นที่ระยะ 240 เมตร ก่อนถึงแม่เหล็กดัดโค้งของส่วนโค้งของเครื่องเร่งอนุภาค LHC

ระบบการอ่านค่าจากเครื่องตรวจจับอนุภาคและการตรวจจับเหตุการณ์ในอดีตนั้นใช้บัส ร่วมแบบขนาน เช่นVMEbusหรือFASTBUSเนื่องจากสถาปัตยกรรมบัสแบบนี้ไม่สามารถรองรับความต้องการข้อมูลของเครื่องตรวจจับ LHC ได้ ระบบการรับข้อมูล ATLAS ทั้งหมดจึงอาศัยลิงก์แบบจุดต่อจุดความเร็วสูงและเครือข่ายสวิตช์ แม้จะมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ขั้นสูง สำหรับการอ่านและจัดเก็บข้อมูล เครื่องตรวจจับ ATLAS ก็ยังสร้างข้อมูลดิบมากเกินไปที่จะอ่านหรือจัดเก็บทั้งหมดได้: ประมาณ 25 MBต่อเหตุการณ์ดิบ คูณด้วยจำนวนการผ่านของลำแสง 40 ล้านครั้ง ต่อวินาที (40 MHz ) ที่ศูนย์กลางของเครื่องตรวจจับ ทำให้เกิดข้อมูลดิบรวม 1 เพตาไบต์ต่อวินาที โดยการหลีกเลี่ยงการเขียนส่วนที่ว่างเปล่าของแต่ละเหตุการณ์ (การระงับศูนย์) ซึ่งไม่มีข้อมูลทางกายภาพ ขนาดเฉลี่ยของเหตุการณ์จะลดลงเหลือ 1.6 MBสำหรับข้อมูลทั้งหมด 64 เทราไบต์ต่อวินาที^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

ระบบทริกเกอร์^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 35 ]}ใช้การสร้างเหตุการณ์ใหม่อย่างรวดเร็วเพื่อระบุเหตุการณ์ที่ น่าสนใจที่สุด ที่จะเก็บไว้สำหรับการวิเคราะห์โดยละเอียดแบบเรียลไทม์ ในช่วงการเก็บข้อมูลครั้งที่สองของ LHC Run-2 มีระดับทริกเกอร์ที่แตกต่างกันสองระดับ: ^{[ 36 ]}

1. ทริกเกอร์ระดับ 1 (L1) ถูกนำไปใช้ในฮาร์ดแวร์ที่ออกแบบเอง ณ สถานที่ตั้งเครื่องตรวจจับ การตัดสินใจว่าจะบันทึกหรือปฏิเสธข้อมูลเหตุการณ์นั้นใช้เวลาน้อยกว่า 2.5 ไมโครวินาที โดยใช้ข้อมูลที่มีความละเอียดลดลงจากแคลอริเมตรและสเปกโตรมิเตอร์มิวออน และลดอัตราการเกิดเหตุการณ์ในการอ่านค่าจาก 40 เมกะ  เฮิร์ตซ์เหลือ 100  กิโลเฮิร์ตซ์ดังนั้นปัจจัยการปฏิเสธของ L1 จึงเท่ากับ 400
2. ตัวกระตุ้นระดับสูง (HLT) ซึ่งใช้งานในซอฟต์แวร์ ใช้แบตเตอรี่คอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วย  CPU ประมาณ 40,000 ตัว เพื่อตัดสินใจว่าจะบันทึกเหตุการณ์ใดจาก 100,000 เหตุการณ์ต่อวินาทีที่มาจาก L1 จะมีการวิเคราะห์เฉพาะของการชนแต่ละครั้งภายใน 200 ไมโครวินาที HLT ใช้พื้นที่จำกัดของตัวตรวจจับที่เรียกว่า Regions of Interest (RoI) เพื่อสร้างใหม่ด้วยความละเอียดของตัวตรวจจับทั้งหมด รวมถึงการติดตาม และอนุญาตให้จับคู่การสะสมพลังงานกับเส้นทาง ปัจจัยการปฏิเสธของ HLT คือ 100: หลังจากขั้นตอนนี้ อัตราของเหตุการณ์จะลดลงจาก 100 เหลือ 1  kHzข้อมูลที่เหลือซึ่งสอดคล้องกับเหตุการณ์ประมาณ 1,000 เหตุการณ์ต่อวินาที จะถูกจัดเก็บไว้สำหรับการวิเคราะห์เพิ่มเติม^{[ 37 ]}

ATLAS บันทึก ข้อมูลถาวรมากกว่า 10 เพตาไบต์ ต่อปี ^{[ 1 ]}การสร้างเหตุการณ์ แบบออฟไลน์จะดำเนินการกับเหตุการณ์ที่จัดเก็บถาวรทั้งหมด โดยเปลี่ยนรูปแบบของสัญญาณจากตัวตรวจจับให้เป็นวัตถุทางฟิสิกส์ เช่นเจ็ตโฟตอนและเลปตอนการประมวลผลแบบกริดถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการสร้างเหตุการณ์ ทำให้สามารถใช้เครือข่ายคอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการทั่วโลกแบบขนานกันสำหรับ งานที่ต้องใช้ CPUสูงในการลดข้อมูลดิบจำนวนมากให้เป็นรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์ทางฟิสิกส์ซอฟต์แวร์สำหรับงานเหล่านี้ได้รับการพัฒนามาหลายปีแล้ว และการปรับปรุงยังคงดำเนินต่อไป แม้หลังจากเริ่มการเก็บรวบรวมข้อมูลแล้ว บุคคลและกลุ่มภายในความร่วมมือยังคงเขียนโค้ด ของตนเองอย่างต่อเนื่อง เพื่อทำการวิเคราะห์วัตถุเหล่านี้เพิ่มเติม ค้นหารูปแบบของอนุภาคที่ตรวจพบสำหรับแบบจำลองทางฟิสิกส์เฉพาะหรืออนุภาคสมมติ กิจกรรมนี้ต้องประมวลผลข้อมูล 25 เพตาไบต์ ทุกสัปดาห์ ^{[ 1 ]}

• ข้อเสนอทางเทคนิคของโครงการแอตลาสเก็บรักษาไว้เมื่อวันที่ 2 สิงหาคม 2555 ที่Wayback Machine CERN: โครงการทดลองแอตลาส เรียกดูเมื่อวันที่ 10 เมษายน 2550
• " รายงานการออกแบบทางเทคนิคเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับและประสิทธิภาพทางฟิสิกส์ของ ATLAS เก็บถาวรเมื่อวันที่ 16 พฤษภาคม 2546 ที่Wayback Machine " CERN : การทดลอง Atlas สืบค้นเมื่อเมื่อวันที่ 10 เมษายน 2550
• NV Krasnikov; VA Matveev (กันยายน 1997). "ฟิสิกส์ที่ LHC". ฟิสิกส์ของอนุภาคและนิวเคลียส 28 ( 5): 441– 470. arXiv : hep-ph/9703204 . Bibcode : 1997PPN....28..441K . doi : 10.1134/1.953049 . S2CID  118907038 .
• การทดลอง Atlas โดย Monica Lynn Dunford และ Peter Jenni, Scholarpedia 9(10):32147. doi:10.4249/scholarpedia.32147

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ การ ทดลองATLAS

• เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของโครงการ ATLASที่ CERN (ภาพยนตร์ ATLAS ที่ได้รับรางวัล เป็นบทนำที่ดีมาก!)
• เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของโครงการความร่วมมือ ATLASที่ CERN (มีข้อมูลทางเทคนิคและด้านโลจิสติกส์มากมาย)
• ภาพจากเว็บแคมถ้ำแอตลาสถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม 2017 ที่Wayback Machine
• วิดีโอไทม์แลปส์แสดงขั้นตอนการประกอบ
• ส่วน ATLAS จากเว็บไซต์ US/LHC
• บทความจากนิวยอร์กไทมส์เกี่ยวกับ LHC และการทดลอง
• บทความของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับ ATLAS ที่เก็บถาวรไว้เมื่อวันที่ 1 มีนาคม 2021 ในWayback Machine
• ดร. ลิน อีแวนส์ CBE ผู้อำนวยการโครงการเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider) กล่าวถึงวิศวกรรมเบื้องหลังการทดลอง ATLAS ในนิตยสารIngenia เดือนมิถุนายน 2551
• Aad, G. และคณะ (กลุ่มความร่วมมือ ATLAS) (14 สิงหาคม 2551). "การทดลอง ATLAS ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ CERN"วารสารJournal of Instrumentation 3 (S08003) S08003. Bibcode : 2008JInst...3S8003A . doi : 10.1088/1748-0221/3/08/S08003 . hdl : 2027.42/64167 . S2CID  250683252 .(เอกสารการออกแบบฉบับสมบูรณ์)
• แบบจำลอง ATLAS จากเลโก้ สร้างโดยนักวิทยาศาสตร์ ATLAS จากสถาบันนีลส์ โบห์ร
• ปาดิยา, อันโตนิโอ (โทนี่). "ATLAS ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่" . หกสิบสัญลักษณ์ . เบรดี้ ฮารานสำหรับมหาวิทยาลัยนอตติงแฮม .
• "ATLAS เฉลิมฉลองผลลัพธ์จากบทความวิจัยเกี่ยวกับการชนกันของอนุภาคกว่า 1,000 เรื่อง" ATLAS สืบค้นเมื่อ3 สิงหาคม 2021
• บันทึกผล การทดลอง ATLASบนINSPIRE-HEP

46°14′8″เหนือ6°3′19″ตะวันออก / 46.23556°N 6.05528°E / 46.23556; 6.05528