CLAS detektor

CEBAF Large Acceptance Spectrometer ( CLAS ) är en kärn- och partikelfysikdetektor belägen i experimenthallen B vid Jefferson Laboratory i Newport News, Virginia , USA. Den används för att studera kärnämnes egenskaper i samarbete med över 200 fysiker (CLAS Collaboration) från många länder runt om i världen.

Elektronstrålen på 0,5 till 12,0 GeV från acceleratorn från Jefferson Laboratory förs in i "Hall B", experimenthallen som inrymmer CLAS-systemet. Elektroner eller fotoner i den inkommande strålen kolliderar med kärnorna av atomer i fysikens "mål" som ligger i mitten av CLAS. Dessa kollisioner producerar i allmänhet nya partiklar, ofta efter att målnukleonerna (protoner och neutroner) kortvarigt exciteras till versioner med tyngre massa av de välbekanta protonerna och neutronerna. En hel mängd kortlivade partiklar med medelmassa som kallas "mesoner" kan skapas. Spridda elektroner såväl som de långlivade producerade partiklarna färdas genom CLAS-detektorn, där de mäts. Partikelfysiker använder dessa mätningar för att härleda den underliggande strukturen hos protoner och neutroner och för att bättre förstå interaktionerna som skapar dessa nya partiklar.

CLAS-detektorsystemet var i drift från 1998 till maj 2012. Från den tiden fortsatte analysen av arkiverade data under några år, vilket kan spåras i publikationerna. Sedan 2012 har ett liknande men nytt system kallat CLAS12 konstruerats, som började arbeta med partikelstrålar 2017.

Översikt över detektorfunktion

CLAS-detektorn var anmärkningsvärd bland enheter inom området för hadronisk partikelfysik genom att den hade en mycket stor acceptans; med andra ord, den mätte rörelsemängden och vinklarna för nästan alla partiklar som producerades i elektron-protonkollisioner. Ungefär sfärisk mätte detektorn 30 fot i diameter. Det omgav fysikmålet, som vanligtvis var en liten cylinder av flytande väte (vätekärnan är sammansatt av en enda proton) eller deuterium (med en kärna bestående av en neutron och en proton).

Varje partikel-målkollision kallas en "händelse". Ett utarbetat datainsamlingssystem registrerar varje händelse som mäts av partikeldetektorerna, upp till flera tusen händelser per sekund i genomsnitt. Dessa data överförs sedan till en "farm" av datorprocessorer. Team av fysiker analyserar händelserna, letar efter nya typer av partiklar eller information relaterad till protonens underliggande struktur.

Detektor Beskrivning

Ett diagram över CLAS-detektorn visas i figuren, samt ett fotografi av detektorn när den delvis drogs upp för underhåll. Fysikmålet är i centrum. Laddade partiklar detekteras i nästan alla riktningar, exklusive riktningarna mycket framåt (stråle) och bakåt (stråle), och även exklusive azimutriktningar som upptas av sex toroidformade magnetfältspolar. Detektorn designades i en kapslad form, med successiva lager av partikeldetektorer för att antingen spåra partikelvägar eller registrera partikelflygtider. Det toroidformade magnetfältet får laddade partiklar från målet att böjas i bågar antingen mot eller bort från strållinjen. Partiklar som lämnar målet passerar först genom en tidsräknare för att registrera början av deras banor. Partiklarna passerar sedan tre paket av driftkammare som används för att spåra deras vägar genom magnetfältet och därigenom möjliggöra bestämning av deras rörelsemängd.

Utanför magnetfältet mäter ett lager av tidsdetektorer partiklarnas passagetid på ett avstånd av cirka fyra meter från målet. Att dividera banlängden för ett partikelspår med färdtiden ger hastigheten. Att känna till en partikels rörelsemängd och hastighet leder till dess identifiering via dess massa. CLAS-detektorn innehåller även ytterligare detektorer i framåtriktningen ( Cherenkov -räknare och Electromagnetic Calorimets ) vars syfte är att skilja elektroner från andra typer av partiklar såsom pioner.

Fysik program

Två kategorier av experiment utfördes med CLAS: att använda elektroner i strålen och att använda så kallade verkliga fotoner skapade med hjälp av elektronstrålen. Experiment som använder elektronspridning undersöker i första hand protonernas struktur och deras excitationer vid olika subnukleära "längdskalor". Experiment med verkliga fotonstrålar undersöker främst produktionen och sönderfallet av mesoner och exciterade baryoner.

En lista över de vetenskapliga och tekniska artiklarna som härrör från CLAS-programmet är länkad längst ner i denna artikel. Utbudet av frågor som tas upp är brett, vilket framgår av följande lista med ämnen som ges utan särskild ordning:

Oelastisk elektronspridning på nukleonen för att studera skapandet och sönderfallet av nukleonexciterade tillstånd
Hyperon foto- och elektroproduktion, utforska spektrumet av marktillstånd och upphetsade konstiga baryoner
Mesonfotoproduktion utanför nukleonen, söker efter mesoniska tillstånd som inte redovisas i kvarkmodellen
Elektrosönderdelning av nukleära mål för att studera korrelationerna mellan nukleoner i kärnan
Djup-oelastisk elektronspridning med mesonproduktion med hjälp av polariserad stråle och/eller mål för att studera den fullständiga 3D-fördelningen av kvarkar inuti nukleonen

Samverkande institutioner (kumulativ sedan 1989)

Arizona State University - Tempe, AZ
California State University - Dominguez Hills, CA
Carnegie Mellon University - Pittsburgh, PA
Catholic University of America - Washington, DC
CEA-Saclay - Gif-sur-Yvette, Frankrike
Christopher Newport University, Newport News, VA
Florida International University - Miami, FL
Florida State University - Tallahassee, FL
George Washington University - Washington, DC
Idaho State University - Pocatello, ID
INFN, Laboratori Nazionali di Frascati - Frascati, Italien
INFN, Sezione di Genova - Genova, Italien
Institut de Physique Nucléaire - Orsay, Frankrike
ITEP - Moskva, Ryssland
James Madison University - Harrisonburg, VA
Kyungpook University - Daegu, Sydkorea
Moscow State University - Moskva, Ryssland
Mississippi State University - Miss State, MS
Norfolk State University - Norfolk, VA
North Carolina Agricultural and Technical State University - Greensboro, NC
Ohio University - Aten, OH
Old Dominion University - Norfolk, VA
Rensselaer Polytechnic Institute - Troy, NY
Rice University - Houston, TX
College of William and Mary - Williamsburg, VA
Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Newport News, VA
Union College - Schenectady, NY
Universidad Técnica Federico Santa María - Valparaíso, Chile
University of California Los Angeles - Los Angeles, CA
University of Connecticut - Storrs, CT
University of Edinburgh - Edinburgh, Skottland
University of Glasgow - Glasgow, Skottland
University of Massachusetts - Amherst, MA
University of New Hampshire - Durham, NH
Université Paris-Sud 11 - Orsay, Frankrike
University of Richmond - Richmond, VA
University of South Carolina - Columbia, SC
University of Virginia - Charlottesville, VA
Virginia Polytechnic Institute - Blacksburg, VA
Yerevan Physics Institute - Jerevan, Armenien

Liknande faciliteter över hela världen

externa länkar

Officiell Hall-B webbsida på Jefferson Lab

Lista över publikationer