求歐洲原子能實驗室大型強(qiáng)子對撞機(jī)的LHCf探測器工作原理設(shè)計圖

【專家解說】：大型強(qiáng)子對撞機(jī)主要由一個27公里長的超導(dǎo)磁體環(huán)和許多促使粒子能沿著特定方向傳播的加速結(jié)構(gòu)組成。 大型強(qiáng)子對撞機(jī)磁體高16米，長、寬均有10多米，重達(dá)1920噸。工程技術(shù)人員專門建造了一個巨型吊架，用4根粗鋼纜吊住這個磁體，借助液壓頂泵將磁體緩慢放入隧道。它長達(dá)27公里的環(huán)形隧道可被用來加速粒子，使其相撞，創(chuàng)造出與宇宙大爆炸萬億分之一秒時類似的狀態(tài)。在高能物理實驗中，粒子加速器和探測器是常用設(shè)備。探測器用來探測碰撞產(chǎn)生的微小粒子，記錄粒子能量、質(zhì)量等信息。強(qiáng)子對撞機(jī)上共有4個對撞點(diǎn)，各裝有一個探測器，其中一個為CMS(緊湊型μ介子螺線管)探測器。 　　在這個加速器里面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處于超高真空狀態(tài)。一個強(qiáng)磁場促使它們圍繞那個加速環(huán)運(yùn)行，這個強(qiáng)磁場是利用超導(dǎo)電磁石獲得的。這些超導(dǎo)電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們在超導(dǎo)狀態(tài)下進(jìn)行操作，有效傳導(dǎo)電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達(dá)到這種結(jié)果，大約需要將磁體冷卻到零下271攝氏度，這個溫度比外太空的溫度還低。由于這個原因，大部分加速器都與一個液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設(shè)備相連，這個液態(tài)氦分流系統(tǒng)是用來冷卻磁體的。 　　大型強(qiáng)子對撞機(jī)利用數(shù)千個種類不同，型號各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體，1232 雙極磁體被用來彎曲粒子束，392四極磁體每個都有5到7米長，它們被用來集中粒子流。在碰撞之前，大型強(qiáng)子對撞機(jī)利用另一種類型的磁體“擠壓”粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機(jī)會。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發(fā)射出來的兩根針相撞一樣。 　　這個加速器、它的儀器和技術(shù)方面的基礎(chǔ)設(shè)施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑內(nèi)。在這里，大型強(qiáng)子對撞機(jī)內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個區(qū)域相撞，這4個區(qū)域與粒子探測器的位置相對應(yīng)。 工作人員正在對大型強(qiáng)子對撞機(jī)隧道內(nèi)的磁體陣列進(jìn)行檢查。每個磁體都處在恰當(dāng)位置非常重要，因為這樣才能對光束的路徑進(jìn)行精確控制。 將這個跟蹤器插入壓縮介子線圈探測器的心臟部位。