伝統によると、物理学者への発言：私は物理学から遠く離れた人に明確になるようにすべてを説明しようとします。 理論物理学の観点からできる限り話をせず、標準モデルを単純化して不名誉にさせ、ホーキングを許します。
読者の興味を引くために、1つの質問をします。
非常に単純な質問は、すべてに質量があり、オブジェクトの質量はそのコンポーネントの質量の合計であるということです。 やばい！ これはマクロボディには当てはまりますが、素粒子には当てはまりません。 たとえば、光子には質量がないため、光の速度で移動できます。 グルーオンにも質量はありません。 そして最後に、 重力子には質量がありません。 重力相互作用を伝達する粒子（理論的な粒子であっても）には質量がないことに注意してください。 実際、ATLASが答えを求めているのは、粒子が持っている特性（および粒子であるかどうか）、質量の原因、それが生まれた場所、死んだとき、そしてなぜ存在するのか、ということです。
理論家が何に到達し、実験者がATLAS検出器で何を見ようとしているのかを理解するには、標準モデルについて少し理解する必要があります。
私たちの宇宙は、約140億年前のビッグバンで作られました。 そこでは、すべての物質、すべてのエネルギー、時間と空間、物体同士の相互作用の法則が形成されました。 科学者は、次の4つの基本的な相互作用を区別できるようになりました。
- 電磁相互作用 ：
粒子と電荷の相互作用。 この相互作用は距離の2乗に反比例します。2つのオブジェクトが遠いほど、相互の影響は小さくなります。
- 重力相互作用 ：
粒子と質量の相互作用。 この相互作用は、距離の2乗に反比例します。
- 強い相互作用 ：
クォーク間の相互作用。 クォークを陽子/中性子で一緒に保つ必要があります。
- 弱い相互作用 ：
特に、核のベータ崩壊の原因であり、レプトンとクォークが相互に変換することを可能にします。 鏡面反射に関して非対称である唯一の相互作用。 大まかに言って、弱い相互作用をオブジェクトAに適用してオブジェクトBを取得すると、逆変換は機能しません。オブジェクトBにまったく同じ相互作用を適用すると、オブジェクトAは取得されません。
叙情的余談 ：私の意見では、今が物理モデルがすべて同じであるものを説明する時です。 これは単なる数学的理論であり、数式、オブジェクト、およびそれらの名前のセットであり、操作しやすいことを理解する必要があります。 上記の4つの相互作用は4つの式にすぎず、その忠実度と精度は常に問題になります。 そして、物理学者は、実際、毎年、新しい発見と証拠を用いて、このモデルをより正確で便利なものにしようとしています。 最終的に、物事を非常に単純化すると、相互作用とオブジェクトを記述する式が1つだけのモデルが得られます。
だからここに。 オブジェクト間のこれらの4つの相互作用は、どういうわけかマイクロレベルで現れる必要があります。 たとえば、電磁相互作用はフォトンを使用して送信されます。2つの磁石を隣り合わせに配置すると、フォトンはそれらから互いに飛び、何らかの形で反応する必要があることを「通信」します。 身体の電荷は、例えば、電子によって形成されます（専門家、正しい、お願いします）。 質量と重力で同じこと-ヒッグス粒子は粒子の質量を与え、空間の曲率（ どういうわけか ）が重力相互作用の伝達に関与します。 そして、この同じボソンはまだ実験的には発見されておらず、理論的にのみ計算されています。 ATLASおよびCMS実験は、2つの陽子ビームが衝突したときに、検出器でそれを「見る」ことを試みます。
それは、「なぜこのボソンを探して、そのような巨像を構築するのが面倒なのか」という質問に関してです。
さらに、この目標を達成するためにこれまで何が行われ、何が行われるのかを伝えようとします。
それにもかかわらず、体に質量を与えるものを見るには、この体を壊す必要があります。 すべてが非常に単純です-陽子の2つのビームを受け取り、それらを近光速度に加速し、それらを一緒に押します。 アクセラレータの仕組みは別のトピックなので、ここでは取り上げません。 衝突は検出器の内部で発生します。この場合はATLAS検出器です。 陽子は小さな粒子に散乱し、それはまた、すでに検出されている小さな粒子に分解する可能性があります（たとえば、ヒッグス粒子は短すぎて検出器に到達できません。 そしてすでにこの情報から、衝突直後に何が起こったのか、どの粒子が生まれてすでに死んでいるかを理解できます。
ATLASとCMSの実験に割り当てられたタスクは同じですが、彼らはさまざまな方法で解決策を探しています。 特に、ATLAS検出器はそれほど正確ではなく、ほぼすべてのエネルギーの粒子の衝突で得られたデータ（もちろんタスクの一部として）で動作し、不必要に多くのデータを除外します。 しかし、それは量で動作します-何が何であるかを理解するために衝突の膨大な統計を収集します。 それどころか、CMSは品質に取り組んでいます。 しかし、それについては別の記事で詳しく説明します。
だから、検出器。 その構造もそれほど複雑ではありません（詳細に入らない場合）：ビームの軸の周り（ビームが衝突するパイプ）には4つのシリンダーがあります。 外側の寸法は、長さ46メートル、直径25メートル、重量約7000トンです。 適切な操作のためには、内部に真空が必要であり、放射条件で機能する技術/電子機器が必要です。 次に、これらの4つのレイヤーについて詳しく説明します。
- 内部検出器 ：衝突点に最も近い場所にあります。 荷電粒子の検出に使用されます。 周囲の磁石によって生成された検出器内部の磁場により、内部検出器は荷電粒子の運動量を観察できます。
- カロリーメーター ：粒子のエネルギーを吸収して測定する必要があります。
- ミューオン分光器 ：ミューオンの運動量を観測します（残念ながら、他のすべての層をそのまま通過します）。
- 磁石 ：運動量を測定するために荷電粒子を偏向します。
これはATLAS検出器の構造であり、非常に単純化されており、多少不正確ですが、一般的な理解には十分です。
おそらく、一般的に粒子を検出する方法について簡単に説明する価値があります。 ここでは粒子が飛んでいるので、それが何であり、どこから来たかを理解する必要があります。 気泡チャンバーは最初の検出器の1つでした。粒子を「沸騰させた」水である気泡チャンバーを通過すると、気泡を介してその動きを確認できました。 それからガス検知器がありました-ガスが入った小さなチューブのセットと、粒子の飛行、チューブの1つに帯電したガス、そこに電流が流れ、粒子が飛んだ場所を確認しました。 現在、検出器ははるかに複雑なメカニズムを使用していますが、本質は同じです。粒子の追跡を追跡し、その特性を計算します。
コメントを書いて、答えて、尋ねるようにみんなにお願いします。 ATLASで働いている/働いている人々と話をすることができます。