CMS The Compact Muon Solenoid Experiment
advertisement
CMS The Compact Muon Solenoid Experiment Kompakt Müon Solenoit Deneyi Colliding Protons and heavy ions at unprecedented energies Proton ve ağır iyonları şimdiye dek görülmemiş enerjilerde Çarpıştırmak To create Localized conditions similar to those that existed a fraction of a billionth of a second after the Big Bang Büyük patlamadan saniyenin milyarda birinden de kısa süre sonraki şartların benzerlerini Yaratmak To look for New particles such as the Higgs boson, supersymmetric particles, mini black holes, gravitons, new states of very hot and dense matter… Higgs bozonu, süpersimetrik parçacıklar, mini kara delikler, gravitonlar gibi yeni parçacıkları, maddenin sıcaklığı ve yoğunluğu çok yüksek yeni hallerini… Aramak To understand Why the world is the way it is Why some particles weigh more than others What constitutes the dark matter of the Universe If there are more dimensions of space The properties of hot, dense matter that existed in the early Universe If we can make further progress towards a unified theory that can explain ALL physical phenomena Only results from experiments can reveal Nature’s deeper workings. CMS is such an experiment Neden dünyanın algıladığımız gibi olduğunu Neden bazı temel taneciklerin diğerlerinden daha ağır olduğunu Evrendeki karanlık maddeyi neyin oluşturduğunu Uzayın başka boyutlarının olup olmadığını Evrenin başlangıcında varolan sıcak ve yoğun maddenin özelliklerini TÜM fiziksel olguları açıklayabilen birleştirilmiş bir kurama doğru yaklaşıp yaklaşamayacağımızı Anlamak Yalnızca deneylerden çıkan sonuçlar doğanın en temelde nasıl çalıştığını ortaya çıkarabilir. CMS böyle bir deneydir. http://cms.cern.ch The Detector and Detectives Dedektör ve detektifler CMS is a large technologically advanced detector comprising many layers, each designed to perform a specific task. Together these layers allow CMS scientists to identify and precisely measure the energies/momenta of all particles produced in collisions at CERN’s Large Hadron Collider (LHC). CMS, herbiri belirli bir iş için tasarlanmış, birçok katmanlardan oluşan gelişmiş teknolojiye sahip büyük bir dedektördür. CMS’i oluşturan bütün bu katmanlar CMS araştırmacılarının CERN’ün Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki (BHÇ) çarpışmalarda oluşacak tüm parçacıkların neler olduklarını, enerji ve momentumlarını hassas olarak ölçmelerini sağlar. Electromagnetic Calorimeter Elektromanyetik Kalorimetre Nearly 80 000 crystals of lead tungstate (PbWO4) are used to measure precisely the energies of electrons and photons. A ‘preshower’ detector, based on silicon sensors, helps particle identification in the endcaps. Elektron ve fotonların enerjilerini hassas olarak ölçmek için yaklaşık 80.000 kurşuntungstat (PbWO4) kristali kulanılmaktadır. Silikon algılayıcılara dayalı bir “parçacık sağanağı öncesi” dedektör uçlardaki kapaklarda parçacıkların kimliklerinin belirlenmesine yardımcı olur. Hadron Calorimeter Hadron Kalorimetresi Layers of dense material (brass or steel) interleaved with scintillators (plastic or quartz) allow the determination of the energy of hadrons, that is, particles such as protons, neutrons, pions and kaons. Yoğun malzeme (pirinç veya çelik) katmanlarının arasına yerleştirilmiş ışıldayıcı (plastik ya da kuvartz) katmanları hadronların, yani proton, nötron, pion ve kaon gibi taneciklerin enerjilerini belirlememizi sağlar. Muon Detectors Müon Dedektörleri To identify muons (essentially heavy electrons) and measure their momenta, CMS uses three types of detector: drift tubes, cathode strip chambers and resistive plate chambers. CMS, müonları (ağır elektronlar diye de tanımlanabilir) saptamak ve momentumlarını ölçmek için üç tip dedektör kullanmaktadır: sürüklenme tüpleri, şerit katod odacıkları ve direnç plaka odacıkları. Tracker İz bulucu Finely segmented silicon sensors (strips and pixels) enable charged particles to be tracked and their momenta to be measured. They also reveal the positions at which long-lived unstable particles decay. Çok küçük bölümlere (şerit ve kutucuklara) ayrılmış silikon algılayıcılar elektrik yüklü parçacıkların izlenmesini ve momentumlarının ölçülmesini sağlarlar. Ayrıca uzun ömürlü kararsız parçacıkların bozunduğu yerleri gösterirler. Superconducting Solenoid Süperiletken Solenoit Passing 20 000 amperes through a 13 m long, 6 m diameter coil of niobium-titanium superconductor, cooled to -270°C, produces a magnetic field of 4 teslas (about 100 000 times stronger than that of the Earth). This field bends the trajectories of charged particles, allowing their separation and momenta measurements. 13 m uzunluğunda ve 6 m çapında -270°C’ye soğutulmuş niyobyum-titanyum süperiletken sarımdan geçen 20.000 amper 4 tesla’lık (dünyanın manyetik alanının yaklaşık 100.000 katı) bir manyetik alan üretir. Bu alan elektrik yüklü taneciklerin yörüngelerini eğerek momentumlarının ölçülmesini ve birbirlerinden ayrılmalarını sağlar. Pattern Recognition Örüntü Tanıma Any new particles discovered in CMS will be typically unstable and rapidly transform into a cascade of lighter, more stable and better understood particles. Particles traveling through CMS leave behind characteristic patterns, or ‘signatures’, in the different layers, allowing them to be identified. The presence (or not) of any new particles can then be inferred. CMS’te keşfedilecek parçacıklar çoğunlukla kararsız ve hemen daha hafif, daha kararlı ve daha iyi anlaşılmış parçacıklar çağlayanına dönüşen türde olacaktır. CMS’ten geçen parçacıklar değişik katmanlarda onların tanınmasını sağlayan kendilerine özgü örüntüler ya da “imzalar” bırakırlar. Yeni bir parçacık bulduğumuzu (ya da bulmadığımızı) bu imzalardan anlarız. Diagram: Silicon Tracker, Electromagnetic Calorimeter, Hadron Calorimeter, Superconducting Solenoid, Iron return yoke interspersed with Muon chambers Diagram: Silikon İz Bulucu, Elektromanyetik Kalorimetre, Hadron Kalorimetresi, Süperiletken Solenoit, aralarına Müon algılayıcıları yerleştirilmiş demir çekirdek Key: Müon, Elektron, Elektrik Yüklü Hadron (örn. Pion), Nötr Hadron (örn. Nötron), Foton Trigger System Tetikleme Sistemi To have a good chance of producing a rare particle, such as a Higgs boson, the particle bunches in the LHC collide up to 40 million times a second. Particle signatures are analysed by fast electronics to save (or ‘trigger on’) only those events (around 100 per second) most likely to show new physics, such as the Higgs particle decaying to four muons in the figure below. This reduces the data rate to a manageable level. These events are stored for subsequent detailed analysis. Higgs bozonu gibi bulunması zor parçacıkların üretilme olasılığını artırmak için parçacık demetleri BHÇ’nda saniyede 40 milyon kere çarpışırlar. Aşağıdaki şekilde görünen dört müona bozunmuş Higgs parçacıkları gibi sadece yeni fizik içerme olasılığı yüksek olayları (yaklaşık olarak saniyede 100 tane) kaydetmek (ya da bu tip olaylar oluştuğunda veri alımını tetiklemek) için parçacıkların imzalarını hızlı elektronik birimlerde inceleriz. Bu sayede yalnızca seçilmiş bu ilginç olayları daha sonraki ayrıntılı çözümleme için kaydederiz. Böylece veri akış hızı idare edilebilir düzeylere iner. Data Analysis Veri Çözümleme Physicists from around the world use cutting-edge computing techniques (such as the Grid) to sift through millions of events from CMS to produce plots like the one on the left (a simulation) that could indicate the presence of new particles or phenomena. Dünyanın dört bir bölgesinden fizikçiler CMS’teki milyonlarca olayı eleyip yeni parçacıkların ya da yeni olguların varlığını gösteren soldaki (simulasyon) gibi grafikler çıkarmak için en son bilgi işlem yöntemlerini (GRID gibi) kullanmaktadırlar Diagram: Simulated 250 GeV Higgs decaying to 4 muons Diagram: 250 GeV’lik Higgs’in 4 müona bozunmasının simulasyonu The CMS detector comprises 100 million individual detecting elements, each looking for tell-tale signs of new particles and phenomena—40 million times a second. It is one of the most complex and precise scientific instruments ever constructed. Situated 100 m underground at the French village of Cessy, just across the border from Geneva in Switzerland, it will operate for at least ten years starting in late 2007. CMS Dedektörü herbiri yeni parçacıkların ya da olguların ipuçlarını-- saniyede 40 milyon kere-- arayan 100 milyon saptayıcıdan oluşur. Şimdiye kadar yapılmış en karmaşık ve hassas bilimsel aletlerden biridir. Cenevre’de İsviçre sınırının hemen ötesinde Fransız köyü Cessy’de yerin 100 m altına yerleştirilmiş olup 2007 sonlarından itibaren en az on yıl çalışacaktır. CMS Parameters 12 500 tonnes 21 m long 15 m diameter CMS Parametreleri 12.500 ton 21 m uzunluk 15 m çap The huge size of CMS belies (hides?) the complexity within. A technician assembles one of the components of the inner tracker using 5-micron thick wires. CMS’in çok büyük hacmi içindeki karmaşıklığı gizlemektedir. Resimde bir teknisyen 5 mikron kalınlığındaki tellerle dedektör içindeki iz bulucunun elemanlarından birinin parçalarını birleştirirken görülmektedir. The large pieces of CMS, weighing between 200 and 2000 tonnes each, are lowered 100 m into the cavern and then assembled into position. Herbiri 200 ile 2000 ton arasında olan CMS’in büyük parçaları 100 m aşağıdaki deney yerine indirilip orada birleştirilmektedir. A Worldwide Enterprise Solving some of the mysteries of the Universe is only possible with the involvement of scientists, engineers and students from a multitude of disciplines. Pieces of CMS have been designed and constructed in institutes around the world, as well as in industry, before being brought to CERN for the final assembly. The data analysis will be another worldwide endeavour, made possible through innovations in computing technology such as the Grid. Dünya çapında bir girişim Evrenin bazı sırlarını çözmek ancak birçok disiplinden öğrenci, mühendis ve bilim insanının katkılarıyla mümkündür. Deney yerinde kurulum için CERN’e getirilmeden önce CMS’in parçaları endüstri kuruluşlarının yanı sıra dünyanın dört bir yanındaki enstitü ve üniversitelerde de tasarlanıp yapılmıştır. Veri çözümleme de ancak bilgi işlem teknolojisindeki GRID gibi yeniliklerin de kullanılması ile dünya çapında bir uğraş olacaktır. A researcher and a PhD student work together to cable and test some of the readout electronics of CMS. CMS’in bazı elektronik veri toplayıcılarının kablolarını bağlayıp sınayan bir araştırmacı ve bir doktora öğrencisi. Some collaborators gather in the assembly hall to celebrate the end of construction of an element of CMS. CMS’in bir parçasının tamamlanmasını kutlamak için toplanan CMS üyelerinin bir kısmı CMS Collaborators 37 countries, 155 institutes 2000 scientists, including about 450 students CMS Üyeleri 37 ülke, 155 kurum 450’si öğrenci olan 2000 bilim insanı To find out more about all aspects of CMS, visit our web site at: http://cms.cern.ch www.cern.ch CMS hakkında daha fazla bilgi edinmek için: http://cms.cern.ch www.cern.ch adresindeki web sayfamıza bakın. CERN European Organization For Nuclear Research CH-1211 Geneva, Switzerland CERN European Organization For Nuclear Research CH-1211 Geneva, Switzerland Communication Group, September 2006 CERN-Brochure-2006-007-Eng İletişim Grubu, Eylül 2006 CERN-Broşür-2006-007-Eng
