นักฟิสิกส์อนุภาคใช้แคลอรีมิเตอร์ประเภทใดประเภทหนึ่งมาประมาณ 70 ปีแล้ว หลักการพื้นฐานของเครื่องมือช่างเหล่านี้ตรงไปตรงมา: แนวคิดคือการวัดพลังงานของอนุภาคมูลฐาน เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน รวมถึงอนุภาคที่ผลิตขึ้นเอง โดยส่งพวกมันเข้าไปในตัวกลางที่หนาแน่น มีปฏิสัมพันธ์. ปฏิสัมพันธ์แต่ละครั้งจะสร้างอนุภาคมากขึ้นที่พลังงานต่ำ ซึ่งทำปฏิกิริยากับตัวกลางด้วย
และกระบวนการ
จะดำเนินต่อไปจนกว่าพลังงานของอนุภาคเดิมจะหมดลง ด้วยการกระจายตัวกลางอันตรกิริยากับตัวตรวจจับการชาร์จและสรุปสัญญาณที่บันทึกไว้ เราสามารถรับการวัดพลังงานทั้งหมดของอนุภาคเริ่มต้นได้
อนุภาค “ฝักบัว” ที่เกิดจากอิเล็กตรอนพลังงานสูงแสดงอยู่ในภาพด้านบน ที่นี่ อนุภาคที่มีประจุ
ของฝักบัว (อิเล็กตรอนและแอนติอิเล็กตรอน หรือโพซิตรอน) สามารถมองเห็นได้ผ่านห้องเมฆ: แคลอรีมิเตอร์แบบคลาสสิกที่เรียกว่าแคลอรีมิเตอร์แบบสุ่มตัวอย่าง การพัฒนาของอนุภาคเหล่านี้เป็นแบบสุ่มอย่างมาก จำนวนอนุภาคที่สร้างขึ้นในฝักบัวNเป็นตัววัดโดยตรงของพลังงานEของอนุภาคเริ่มต้น N
เป็นไปตามการแจกแจงปัวซอง ดังนั้นความผันผวนแบบสุ่มในNจึงเท่ากับ √ Nดังนั้น ความแม่นยำสัมพัทธ์ในN ซึ่งเป็นความละเอียดของพลังงานคือ √ N/N ความละเอียดของพลังงานเป็นสูตรอย่างง่าย σE / E ≈ k/√E . แคลอรีมิเตอร์ของห้องเมฆนี้มี k ≈ 85% เมื่อ Eแสดงเป็นหน่วย GeV
(สำหรับการอ้างอิง พลังงานมวลที่เหลือของโปรตอนคือประมาณ 1 GeV); สำหรับเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์การสุ่มตัวอย่างแม่เหล็กไฟฟ้าสมัยใหม่ค่า kโดยทั่วไปคือ 10% หรือดีกว่า ความท้าทายของฮาดรอนพลังงานอิเล็กตรอนนั้นวัดได้ง่ายในเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์ เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้ทำปฏิกิริยากัน
ผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีอันตรกิริยาง่ายๆ ที่อนุญาตเพียงสองอันเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม อนุภาคที่อยู่ภายใต้แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (เช่น โปรตอน นิวตรอน ไพออน และคาออน ที่เรียกรวมกันว่าแฮดรอน) มีปฏิสัมพันธ์ผ่านกลไกที่ผันผวนอย่างกว้างขวางจำนวนมาก โดยมีภาวะแทรกซ้อนเพิ่มเติม
ที่เกี่ยวข้อง
กับการแตกตัวของนิวเคลียสและพลังงานที่ใช้ไปในการจับนิวเคลียส พลังงานความซับซ้อนอย่างมากของการอาบน้ำของแฮดรอนแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งแสดงผลของการจำลอง (สร้างโดยใช้รหัส) ของโปรตอน 500 GeV ที่เข้าสู่ตัวดูดซับทองแดง แฮดรอนที่มีประจุจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน ในขณะที่อิเล็กตรอน
ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคในฝนเช่นนี้เป็นพื้นที่ที่ซับซ้อนแต่มีความสำคัญอย่างมากของการวิจัยทางฟิสิกส์ของอนุภาค และในโครงการวิจัยและพัฒนา เรากำลังศึกษาพวกมันโดยใช้เครื่องวัดความร้อนชนิดใหม่ (ดูผลการวิจัยฉบับเต็มได้ที่ซึ่งใคร ๆ สามารถดูคอลเลกชั่นของฝักบัวฮาดรอนิกซึ่งเหนี่ยวนำโดยโปรตอน
ในตัวดูดซับทองแดง) เครื่องมือ “อ่านค่าแบบดูอัล” เหล่านี้ทำจากทองแดงหรือตะกั่วและกระจายด้วยใยแก้วนำแสงสองประเภท: เส้นใยที่แวววาวซึ่งตรวจจับอนุภาคที่มีประจุทั้งหมด และเส้นใยใสที่แสง สร้างขึ้นจากอิเล็กตรอนและโพซิตรอนของฝักบัวเป็นส่วนใหญ่ สัญญาณสองสัญญาณที่แตกต่างกันมาก
จากฝักบัวถูกนำมาใช้ร่วมกันเพื่อแยกการวัดค่าพลังงานแฮดรอนที่มีความแม่นยำสูง รวมถึงที่สำคัญที่สุดคือเครื่องวัดความร้อนที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อวัดไอพ่นของอนุภาคเหล่านี้แสดงในรูปที่ 2 ประกอบด้วยเส้นใยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. บนศูนย์กลาง 1.5 มม. กระจายอย่างสม่ำเสมอในโช้คทองแดง
ขนาดของตัวดูดซับนี้ถูกกำหนดโดยระยะอันตรกิริยาลักษณะเฉพาะของอิเล็กตรอนและฮาดรอน ระยะทางที่อิเล็กตรอนจะทำปฏิกิริยากันและผลิตอนุภาคมากขึ้นเรียกว่า ความยาวรังสี และอยู่ที่ประมาณ 1 เซนติเมตรสำหรับโลหะส่วนใหญ่ (รวมถึงทองแดง) ระยะทางที่สอดคล้องกันที่แฮดรอนจะโต้ตอบเรียกว่า
ความยาวอันตรกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งยาวกว่าปกติมากคือ 20-30 ซม. และต้องใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์หลายครั้งกว่าจะดูดซับฝักบัวฮาดรอนิกได้เต็มที่ ความแตกต่างเห็นได้ชัดเจนในห้องอาบน้ำจำลองในรูปที่ 1 ซึ่งแสดงให้เห็นฮาดรอนที่มีประจุสีน้ำเงินเดินทางไกลกว่าก่อนที่จะโต้ตอบ อิเล็กตรอนและโพสิตรอน
สีแดงมีปฏิสัมพันธ์อย่างชัดเจนในระดับที่สั้นกว่ามาก จุดสีแดงของเกลือและพริกไทยที่เห็นได้ชัดทั่วทั้งปริมาตรคืออิเล็กตรอนจากการกระเจิงของโฟตอนพลังงานต่ำ (ประมาณ 1 MeV) ของคอมป์ตันซึ่งมีภาคตัดขวางขั้นต่ำในการโต้ตอบกับพลังงานนี้ และดังนั้นจึงกระจายออกไปในเชิงพื้นที่ในเครื่องวัดความร้อน
และโพซิตรอน
แสดงเป็นสีแดง ความเข้มของสีบ่งชี้ปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปโดยอนุภาคและแสดงถึงสัญญาณที่สร้างโดยเครื่องวัดความร้อน ความผันแปรและความซับซ้อนในการพัฒนาฝักบัวเป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับเครื่องวัดปริมาณความร้อน การวัดค่าพลังงานทั้งหมดที่แม่นยำทำให้เราต้องวัดส่วนประกอบ
ที่ผันผวนของฝักบัวแต่ละส่วน ส่วนแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโพซิตรอน และวัดโดยแสง ที่สร้างขึ้นในเส้นใยใส ฮาดรอนที่มีประจุถูกวัดโดยแสงที่เรืองแสงวาบซึ่งสร้างขึ้นในเส้นใยที่เรืองแสงวาบ และนิวตรอนจากการแตกตัวของนิวเคลียสจะถูกวัดโดยโปรตอนที่หดตัว
ซึ่งพัฒนาช้าจากการกระเจิงของนิวตรอน-โปรตอนที่ยืดหยุ่นในเส้นใยที่เรืองแสงวาบวิธีการอ่านค่าแบบคู่นี้ได้รับการทดสอบอย่างละเอียดและให้ความละเอียดของพลังงานใกล้เคียงσ E /E ≈ 30% /√ Eทั้งในการจำลองและข้อมูล ซึ่งหมายความว่าสามารถวัดพลังงานของไอพ่น 100 GeV
ได้ด้วยความแม่นยำ 3% ซึ่งดีกว่าการวัดแคลอรีมิเตอร์ที่มีอยู่ในปัจจุบันมาก ความยากหลักในการสร้างเครื่องวัดความร้อนประเภทนี้คือการสร้างตัวดูดซับทองแดงให้มีความแม่นยำที่ต้องการ: ประมาณ 10 µm บนความยาวประมาณ 2.5 ม. ความแม่นยำเชิงพื้นที่นี้จำเป็นเพื่อรักษาการกระจายของเส้นใยทั้งสองชนิดให้มีความสม่ำเสมอสูง (ดีกว่า 1% เมื่อเฉลี่ยในปริมาตรรูปทรงซิการ์) เมื่อเทียบกับตัวดูดซับ
credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com
