დეტექტორი ALICE

_ეს არის კლასიკური სქემით აწყობილი დიდი დეტექტორი, თუმცა ოპტიმიზირებული მძიმე ბირთვების შეჯახებების შესწავლისთვის. მისი ზომები 26/16/16-ზე მეტრია, მთლიანი მასა 10 000 ტონა.
_მძიმე ბირთვების შეჯახებას აქვს თავისი სპეციფიკა. პირველ რიგში ის, რომ ასეთი შეჯახებები ხშირ შემთხვევაში არ არის ცენტრული, ბირთვები თითქოს მხრებით “გამოედებიან” ხოლმე ერთმანეთს. ამ დროს ბირთვი ორ ნაწილად იყოფა: შეჯახებული ნუკლონები(ნეიტრონი-პროტონი) ცენტრში რჩებიან და მცირე ხნით კვარკ-გლიუონურ პლაზმას წარმოქმნიან, დანარჩენი ნუკლონები კი უბრალოდ გვერდზე ჩაიფრენენ. ამიტომ ყოველი კონკრეტული შეჯახების დროს კვარკ-გლიუონური პლაზმის სიმკვრივე და ტემპერატურა განსხვავებულია.
შეადარეთ ადამიანის ზომას.
_კვარკ-გლიუონური პლაზმის გაფრქვევის სურათიც სრულიად განსხვავებულია იმისგან, რაც პროტონების შეჯახების დროს ხდება. გაფართოებისა და გაცივების დროს უამრავი ნაწილაკი წარმოიშობა(ათი ათასეულობით), თუმცა მათი ენერგიები ზომიერად მაღალია – ათეულობით გიგა ელექტრონ ვოლტი(გევ). ტერა ელექტრონ ვოლტის სიმძლავრის ნაწილაკის გამოსხივება ნაკლებად სავარაუდოა, ვიდრე პროტონ-პროტონული შეჯახებისას. და ბოლოს, შეჯახებების კვლევის დროს იზრდება ნაწილაკების ზუსტი იდენტიფიკაციის როლი. ნაწილაკები, რომლებიც უმნიშვნელო როლს თამაშობენ პროტონული შეჯახებების დროს, ამ შემთხვევაში პირველ ადგილზე გადმოდიან, რადგან ისინი საშუალებას გვაძლევენ კიდევ უფრო ღრმად ჩავიხედოთ კვარკ-გლიუონური პლაზმის გულში.
კამერა პროექცია-დრო.
_დეტექტორის ცენტრში ცილინდრული ფორმის ფენებადაა განლაგებული რამდენიმე ტრეკული დეტექტორი(ნაწილაკის კვალი). უშუალოდ ვაკუუმური მილის გარედან დგას ორფენიანი პიკსელური დეტექტორი, რომელიც საშუალებას იძლევა დაგვანახოს ნაწილაკის მიერ გავლილი ტრაექტორია 50 მიკრონზე უფრო მეტი სიზუსტით. ამის მერე მოდის დეტექტორების კიდევ ერთი კამერა და ზოლების ფორმის დეტექტორები. ეს ყველაფერი ერთად აღებული ქმნის დეტექტორ ALICE-ეს შიდა ტრეკულ სისტემას.
_შიდა ტრეკულ სისტემას გარს აკრავს განსაკუთრებული ტრეკული დეტექტორი – დრო-პროექციული კამერა. ეს არის უზარმაზარი(88მ³) ცილინდრის ფორმის კამერა, შევსებული სპეციალური გაზური ნაზავით(ნეონი და ნახშირჟანგი), რომელშიც შექმნილია ერთგვაროვანი ელექტრული ველი(დეტექტორის ღერძის პარალელურად) დაძაბულობით 400ვ/სმ-ზე(ანუ ანოდსა და კათოდს შორის დაძაბულობა დაახლოებით 100 კილოვოლტის ტოლია). კამერის ცენტრში მდებარეობს კათოდი, ამიტომ ელ. ველი მიმართულია გვერდებიდან ცენტრისკენ. დამუხტული ნაწილაკების კამერაში გავლა იწვევს ხსენებული გაზის ნარევის იონიზაციას. თავისუფალი ელექტრონები იწყებენ დრეიფს ცილინდრის გვერდებისკენ. ამ დროს მათი ტრაექტორიების სამ განზომილებიანი ფორმა რჩება უცვლელი. მიაღწევენ რა ცილინდრის გვერდებს, ელექტრონები ფიქსირდებიან მთვლელი კამერების მიერ, რომლებიც ადგენენ სიგნალის კოორდინატებს
იდენტიფიცირება
_ნაწილაკების იდენტიფიცირება დეტექტორ ALICE-ზე ხდება კომბინირებული მეთოდებით. ინფორმაცია იმაზე, თუ რომელ ნაწილაკს ეკუთვნის ესა თუ ის ტრეკი ზუსტდება იონიზირებული კვალის სიმკვრივის მიხედვით დრო-პროექციული კამერის შიგნით, ასევე კიდევ ორი სპეციალური დეტექტორით. პირველი მათგანი კარგად ახდენს ელექტრონების ამოცნობას, მეორე კი ძალიან ზუსტად აფიქსირებს ნაწილაკის გავლის დროს, ანუ მათ სიჩქარესაც. თუ ცნობილია ნაწილაკის იმპულსი, მაშინ ჩამოთვლილ მონაცემებთან ერთად შესაძლებელი გახდება მასის დადგენაც. ასეთი სქემა განსაკუთრებულად კარგად მუშაობს დაბალი ენერგიის ადრონებზე(პიონები,კაონები და პროტონები), სწორედ ასეთი სიმძლავრის ნაწილაკები ჩნდებიან კვარკ-გლიუონური პლაზმის გაფრქვევის დროს.
კალორიმეტრია
  დეტექტორის გარე ფენები, როგორც წესი, შედგებიან კალორიმეტრებისა და მიუონური სისტემებისგან. არც ALICE-ა გამონაკლისი, თუმცა მისი კალორიმეტრია სპეციფიურია. მთავარი კომპონენტი ფოტონური სპექტრომეტრია – ელ.მაგნიტური კალორიმეტრი, დამაზადებული 18 000 ტყვიის ვოლფრამატის სცინტილატორული(ნათება) კრისტალებისგან. მისი ამოცანაა – აკურატულად გაზომოს ფოტონების ენერგია, რადგან სწორედ ფოტონები არიან საუკეთესო ინდიკატორები პირობებისა, რომლებიც თან ახლავს კვარკ-გლიუონური პლაზმის წარმოქმნას(ტრილიონ გრადუსამდე გავარვარებული მატერიის პატარა ღრუბელი).
სხვა დეტექტორები
_რადგან ბირთვების შეჯახება ყოველთვის არ არის ზუსტად ცენტრული, კვარკ-გლიუონური პლაზმის წარმოქმნის პირობები ყოველ ჯერზე იცვლება. ამიტომ, იდიალურ შემთხვევაში, ყოველი შეჯახების დროს საჭიროა ცოდნა იმისა, თუ რამდენად ცენტრული იყო შეჯახება, ანუ ზუსტად რამდენი ნუკლონი შეეჯახა ერთმანეთს. ამისათვის ALICE-ზე დაყენებულია სპეციალური დეტექტორი ZDC(Zero Degree Calorimeters). ესენი არიან ადრონული კალორიმეტრები, დაყენებული ამაჩქარებელი რგოლის გვერდზევე, მთავარი დეტექტორიდან 115 მეტრის მანძილზე, ორივე მხარეს. ეს დეტექტორები არეგისტრირებენ ნეიტრონებს და პროტონებს, რომლებიც შეჯახების ღერძის პარალელურად მოძრაობენ და არ გადაიხრებიან, რადგან არ მიიღეს მონაწილეობაშეჯახებაში. ამ დეტექტორებიდან მიღებული ენერგიების მაჩვენებლის მიხედვით ხდება დადგენა იმისა, თუ რამდენი ნუკლონი შეეჯახა ერთმანეთს და რამდენმა ჩაიფრინა გვერდზე.
ZDC-ს კვარცის ოპტიკური ღეროები მატრიცაში ჩასმის დროს.
_დეტექტორის კიდევ ერთი კომპონენტი, რომელიც აგრეთვე მთავარ ადგილს იკავებს ბირთვების შეჯახებების შესწავლის დროს არის FMD(Forward Multiplicity Detector), მისი მთავარი ამოცანა იქნება ნაწილაკების რაოდენობის დადგენა(multiplicity), რომლებიც მცირე კუთხით გაიბნევიან შეჯახების ღერძის მიმართ(0,75°დან 21°-მდე). FMD არის ტრეკული დეტექტორი, მისი ფენები ნახევარგამტარისგანაა დამზადებული.
_ALICE-ს მიუონურ დეტექტორსაც განსაკუთრებული აღნაგობა აქვს. მას დიმიუონურ სპექტრომეტრსაც უწოდებენ. ასეთი მიუონები ჩნდებიან ე.წ. კვარკონიების, ანუ მძიმე მეზონების, დაშლის დროს, რომლებიც შედგებიან c ან b კვარკის და მათივე ანტიკვარკისგან. კვარკონიები იმით არიან საინტერესო, რომ შეუძლიათ კვარკ-გლიუონური პლაზმის შუაგულიდან ამოფრენა, შესაბამისად უკეთ შეუძლიათ ინფორმაციის მოცემა იმ ატომური ნივთიერების თვისებების შესახებ, რომელის მიღებაც შესასძლებელია კოლაიდერისთვის დასაშვებ წნევასა და ტემპერატურაზე.
ტყვიის ორი ბირთვის შეჯახებით გაჩენილი ნაწილაკების კომპიუტერული მოდელირება.
_ბირთვების შეჯახებების შესწავლა კომპიუტერების განსაკუთრებულ სიმძლავრეებს მოითხოვს. პროტონ-პროტონული შეჯახებებისგან განსხვავებით, ბირთვული შეჯახებები არც ისე ხშირი იქნება, თუმცა ამ დროს იბადება ათეულ ათასობით ცალკეული ნაწილაკი, რომლებიც გულდასმით უნდა იქნას დათვლილი და შესწავლილი. ყოველი შეჯახების დროს ინფორმაციის მოცულობა ასეულ მეგაბაიტს აღწევს, დეტექტორსა და კომპიუტერს შორის დამაკავშირებელი არხის გამტარიანობის უნარი არ უნდა იყოს 2,5 გიგაბაიტი წამზე ნაკლები(ეს ყველაფერი შიძლება რამოდენიმე დიდი ენციკლოპედიის ერთ წამში წაკითხვას შევადაროთ).