مكشاف مصادم فرمي‌لاب

CDF

Part of the CDF detector

مكشاف مصادم فرمي‌لاب أوعداد مصادم مركز أبحات فرمي‌لاب في الفيزياء (بالإنجليزية: Collider Detector at Firmilab) هوعداد جسيمات أولية في مركز الأبحاث الأمريكي المنتسب إلى العالم فيرمي وتسمى فرمي‌لاب أي معمل فرمي حيث مبتر حدثة لاب هي اختصار لحدثة معمل الإنجليزية laboratory. أنشئ معمل فرمي‌لاب في شيكاغووهويحتوي على على معجل كبير للجسيمات الأولية وتختص تجاربه بتعجيل البروتونات وتوجيهها ضد بعضها فتتصادم، وما ينتج عن التصادم من جسيمات أولية يقوم المكشاف أوالعداد بتسجيله وفرزها وفهم خواصها. ويسمى المعجل لدى فيرميلاب تيفاترون وهوأكبر معجل للجسيمات الأولية في العالم قبل إتمام إنشاء مصادم الهدرونات الكبير الذي قامت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية ببنائه بالقرب من جينيف وبدأ عمله العملي في عام 2010.

والغرض هواكتشاف جسيمات أولية جديدة وفهم خواصها حيث يتكون منها الكون، ودراسة القوي والتآثر بين الجسيمات الأولية.

الغرض منه

ومكشاف الجسيمات الأولية الملحق بمصادم فيرميلاب هوعمل مشهجر لنحو600 من فهماء الفيزياء من 30 جامعة ومراكز أبحاث أمريكة و30 مجموعة فهماء من الجامعات ومراكز البحوث النووية من مختلف بلدان العالم منها إيطاليا واليابان والمملكة المتحدة وكندا وألمانيا وأسبانيا وروسيا وفنلندا وفرنسا وتايوان وكوريا وسويسرا. ويبلغ وزن كشاف الجسيمات الأولية نحو5000 طن وهوفي شكل مكعب يبلغ طول ضلعه 12 مترا، ويحتوي على أعدادا كبيرة من مختلف العدادات الصغيرة للجسيمات، مرتبة في طبقات من الداخل إلى الخارج، تسمح بقياس كتلة وشحنة وسرعة جميع جسيم يمر خلالها.

ومن المهام الخاصة لهذا المكشاف هواكتشاف الأحداث الغريبة التي تحدث نتيجة تآثر الجسيمات مع بعضها البعض. وبصفة خاصة تلك الأحداث النادرة الحدوث حيث يستطيع المكشاف اكتشاف وقع مهم من بين بليونات الأحداث التي تنتج عن تصادم الجسيمات المعجلة. كما يبتغي الفيزيائيون :

اختبار نظرية النموذج العياري للجسيمات الأولية الذي صاغه الفيزيائيون النظريون

قياس ودراسة إنتاج وتحلل الجسيمات الأولية الثقيلة مثل كوارك علوي وكوارك سفلي، وكذلك بوزون W وبوزون Z

قياس ودراسة إنتاج نفاثات الجسيمات ذات الطاقة العالية particle jets والفوتونات

دراسة ظاهرة الحيود للجسيمات.

البحث عن وجود جسيمات أولية لا نعهدها.

إنتاج نقيض البروتون

في معجل التيفاترون تسرع البروتونات ونقيض البروتونات بطاقة تبلغ 2 تيرا إلكترون فولت، أي 2 مليون مليون إلكترون فولت. وتمكن تلك الطاقة العظيمة من إنتاج جسيمات أولية ثقيلة مثل كوارك علوي وبوزون W وبوزون Z، التي تفوق كتلتها جميع منهما كتلة البروتون أونقيض البروتون. وتكتشف تلك الجسيمات عن طريق دراسة تحللها الخاص بها. ويقوم مكشاف الجسيمات بتسجيل مسارات وطاقة والإلكترونات والفوتونات والهدرونات الخفيفة مثل الكواركات.

وقد يحدث لجسيمات أولية تتنبأ بوجودها النظريات بصمات في هيئة طاقات كمومية، وتختص بعض أعمال الباحثين بدراستها. كما توجد تجربة أخرى تماثل مكشاف مصادم فيرميلاب وتسمى تجربة دي زيروD0 experiment، وتقع في نقطة أخرى على دائرة معجل التيفاترون.

تصميم المكشاف

لكي يستطيع الفيزيائيون فهم البيانات التي يحصلون عليها كنتائج مصادمة البروتون بنقيض الروتون، فلا بد لهم أولا من فهم طريقة عمل المكشاف.فكل جزء من أجزاء المكشاف يعين خاصية من خواص النواتج. ويوجد المكشاف عاليا في المسقط B0 على دائرة المعجل الدائري تيفاترون ويبلغ وزن المكشاف 5000 طن، وهويقوم بتحليل ملايين الاصتدامات الحادثة بين فيض البروتونات وفيض نقيض البروتون.

ويتكون تصميم المكشاف من عدة طبقات. وكل كبقة تعمل لحظيا مع باقي الطبقات حيث تسجل جميع منها ما يمر فيها من جسيمات، وذلك بحيث يستطيع الفيزيائيون "رؤية" ودراسة جميع جسيم أولي على حده.

والمكشاف مقسم إلى عدة طبقات، كالآتي من الداخل إلى الخارج:

الطبقة 1 : أنبوب فيض البروتونات حيث تصتدم بافيض نقيض الروتونات

الطبقة 2 : عدادات سيليكونية

الطبقة 3 : مقياس المسارات المركزي الخارجي

الطبقة 4 : لولب المغناطيس

الطبقة 5 : مقياسات حرارة للأشعة الكهرومغناطيسية

الطبقة 6 : مقياسات حرارة الهدرونات

الطبقة 7 : مقياسات الميون

أهم النتائج

من أبرز نتائج تجربة مكشاف مصادم فرمي‌لاب اكتشاف جسيمات الكواركات العلوية في عام 1994. (واكتشافه لحظيا أيضا في المكشاف D0) وتعيين خواصها الفيزيائية، وكذلك قياس تردد رنين المادة ونقيض المادة لجسيمات بي-ميزونات B_s-Mesonen. .

المراجع

^ Yoh, John (2005). Brief Introduction to the CDF Experiment. Retrieved April 28, 2008, Web site: http://www-cdf.fnal.gov/events/cdfintro.html <http://www-cdf.fnal.gov/upgrades/tdr/tdr.html>
^ CDF Collaboration (F. Abe et al.): Observation of top quark production in anti-p p collisions in Phys. Ref. Lett. 75, 1995, 2626–2631 hep-ex/9503002
^ CDF Collaboration (A. Abulencia at al.): Observation of B⁰_s anti-B⁰_s Oscillations in Phys. Ref. Lett. 97, 2006, 242003 hep-ex/0609040