‎สล็อตแตกง่าย การทดลองโซลินอยด์คอมแพคมูนคืออะไร?‎

‎ โดย ‎‎ ‎‎ ‎‎แอนดรูว์ เมย์ สล็อตแตกง่าย เผยแพร่เมื่อ ‎‎18 มีนาคม 2022‎‎โซลินอยด์ขนาดกะทัดรัดของ Hadron Collider ขนาดใหญ่มีบทบาทสําคัญในการค้นพบฮิกส์โบซอน‎‎การทดลอง CMS หรือ Compact Muon Solenoid เป็นเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ ‎‎Hadron Collider ขนาดใหญ่‎‎ (LHC) ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก LHC ซึ่งดําเนินการโดยองค์การวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) และตั้งอยู่ที่ชาย

แดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศสเร่งลําแสงอนุภาคให้เกือบความเร็วของแสงทุบเข้าหากัน

แล้วพยายามถอดรหัสอนุภาคที่มีอายุสั้นซึ่งก่อตัวขึ้นโดยใช้เครื่องตรวจจับเช่น CMS‎

‎ในความเป็นจริงมันเป็นเครื่องตรวจจับเช่น CMS ที่มีบทบาทอย่างมากในการค้นพบ‎‎ฮิกส์โบซอน‎‎ในปี 2012‎‎นี่คือรายละเอียดเกี่ยวกับหนึ่งในเครื่องตรวจจับที่เกี่ยวข้องกับการค้นพบฮิกส์การทดลอง CMS‎

‎คอมแพคมูนโซลินอยด์‎‎โซลินอยด์ Muon ขนาดกะทัดรัด (CMS) ในภาพนี้สามารถจับภาพอนุภาคได้ถึง 40 ล้านครั้งต่อวินาที ‎‎(เครดิตภาพ: ซีโนทาร์ผ่านเก็ตตี้อิมเมจ)‎

‎วัตถุประสงค์พื้นฐานของ CMS และเครื่องตรวจจับอื่น ๆ ของ LHC เช่น ‎‎ATLAS‎‎ คือการเก็บข้อมูลให้มากที่สุดเกี่ยวกับอนุภาคที่สร้างขึ้นในการชนพลังงานสูงในวงแหวนใต้ดินขนาดใหญ่ยาว 17 ไมล์ (27 กิโลเมตร) ของ LHC ตาม ‎‎CERN‎‎ อนุภาคเหล่านี้มักจะบินออกจากจุดชนกลางเป็นเส้นตรง แต่ที่ LHC แม่เหล็กที่แข็งแกร่งโค้งเส้นทางของอนุภาคด้วย‎‎ประจุไฟฟ้า‎‎ ด้วยการวัดรูปร่างโดยละเอียดของเส้นทางของอนุภาคนักวิทยาศาสตร์สามารถคํานวณประจุและโมเมนตัมซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับประเภทของอนุภาคที่สร้างขึ้นสั้น ๆ ‎‎ในกรณีของ CMS แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เรียกว่าขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กประมาณ 100,000 เท่าที่แข็งแกร่งเท่าของโลก โซลินอยด์นี้ประกอบด้วยขดทรงกระบอกของเส้นใยตัวนํายิ่งยวดซึ่งกระแสไฟฟ้า 18,500 แอมแป‎‎ร์ผ่านตาม‎‎ ‎‎CERN‎‎ ‎

‎แม่เหล็กนี้ — โซลินอยด์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา — ที่ให้คําที่สามในชื่อ CMS คําแรก “กะทัดรัด” อาจดูแปลกเนื่องจากแม่เหล็กขนาดใหญ่ แต่เป็นคําที่สัมพันธ์กัน ที่ความสูง 49 ฟุต (15 เมตร) และยาว 69 ฟุต (21 เมตร) เครื่องตรวจจับค่อนข้างกะทัดรัดสําหรับอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดที่บรรจุ คํากลาง “muon” หมายถึง‎‎อนุภาคพื้นฐาน‎‎ที่มีประจุหนักซึ่ง CMS ออกแบบมาเพื่อตรวจจับได้อย่างแม่นยํามาก Muons เป็นญาติที่หนักกว่าของอิเล็กตรอนซึ่งมีความสําคัญเพราะสามารถผลิตได้ในการสลายตัวของอนุภาคที่เข้าใจยากหลายชนิดรวมถึงฮิกส์โบซอน‎

‎เครื่องตรวจจับ CMS‎CMS Detector_CERN‎ไดอะแกรมคําอธิบายประกอบของเครื่องตรวจจับ CMS ‎‎(เครดิตภาพ: CERN)‎‎เมื่อรวมกับการทดลอง ATLAS CMS เป็นหนึ่งในสองเครื่องตรวจจับทั่วไปที่อยู่ภายใน LHC ตาม ‎‎CERN‎‎ CMS และ ATLAS มีเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เหมือนกัน แต่พวกเขาใช้แม่เหล็กและระบบทางเทคนิคที่แตกต่างกัน เช่นเดียวกับ ATLAS CMS ตั้งอยู่ที่จุดตัดของ LHC จุดใดจุดหนึ่งในถ้ําที่ 328 ฟุต (100 เมตร) ใต้พื้นดิน แต่มันอยู่ฝั่งตรงข้ามของชนกัน ซึ่งทําให้มันอยู่ในประเทศอื่น ในขณะที่ ATLAS ตั้งอยู่ใกล้กับ Meyrin ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ CMS อยู่ใกล้กับ Cessy ประเทศฝรั่งเศส นอกจากนี้ ATLAS ถูกสร้างขึ้นและประกอบในถ้ํา แต่ CMS ถูกสร้างขึ้นใน 15 ส่วนในระดับพื้นดินก่อนที่จะลดลงไปยังตําแหน่งสุดท้าย‎

‎CMS คล้ายกับกล้อง 3 มิติขนาดยักษ์ตาม ‎‎CERN‎‎ ถ่ายภาพการชนกันของอนุภาคได้ถึง 40 ล้านภาพ

จากทุกทิศทางทุกวินาที มันใช้รูปแบบของชุดที่ซ้อนกันของกระบอกสูบศูนย์กลางแต่ละคนมีงานที่แตกต่างกันในการดําเนินการห่อรอบจุดชนกลาง ตรงกลางมีตัวติดตามซิลิคอนซึ่งมีเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ประมาณ 75 ล้านตัวซึ่งสามารถบันทึกเส้นทางโค้งที่ติดตามโดยอนุภาคที่มีประจุ ไกลออกไปชุดของ calorimeters วัดพลังงานของอนุภาคที่ถูกโยนออกมาในการชน ในที่สุดชั้นนอกของเครื่องตรวจจับเป็นที่ที่พบมูนที่เข้าใจยากโดยใช้ “ห้องมูน” ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ‎

‎ฟิสิกส์ CMS‎‎แม้ว่า CMS จะตั้งอยู่ในฝรั่งเศส แต่จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ แต่ก็เป็นสิ่งอํานวยความสะดวกระดับโลก เช่นเดียวกับ ATLAS การทดลอง CMS เป็นองค์กรความร่วมมือที่รวบรวมสมาชิกของชุมชนวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลกตาม ‎‎CERN‎‎ ความร่วมมือนี้เกี่ยวข้องกับนักฟิสิกส์และวิศวกรมากกว่า 4,000 คนจากมหาวิทยาลัยประมาณ 200 แห่งและสถาบันอื่น ๆ ในกว่า 40 ประเทศ ในเดือนมิถุนายน 2020 ความร่วมมือของ CMS ได้ตีพิมพ์รายงานการวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อนครั้งที่ 1,000 ตาม‎‎ห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติของ Fermi‎‎ ซึ่งเป็นหนึ่งในสิ่งอํานวยความสะดวกที่เกี่ยวข้องในการทํางานร่วมกัน‎

‎เอกสารหนึ่งพันฉบับเป็นความสําเร็จที่น่าอัศจรรย์ – ยิ่งกว่านั้นเพราะ LHC เพิ่งเริ่มดําเนินการในปี 2009 ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจุดสูงสุดจนถึงตอนนี้คือ CMS ‎‎กระดาษนี้‎‎ซึ่งวางการมีส่วนร่วมของการทดลองในการค้นพบฮิกส์โบซอน คาดการณ์ว่าจะมีอยู่ย้อนหลังไปถึงปี 1960 อนุภาคนี้ได้หลบหนี supercolliders ของโลกมานานหลายทศวรรษเนื่องจากมวลขนาดใหญ่และการดํารงอยู่ชั่วพริบตา ‎‎เมื่อ LHC เริ่มวิ่งพลังงานการชนก็สูงพอที่จะสร้างฮิกส์ ในที่สุดการค้นหาก็สิ้นสุดลงในปี 2012 ตาม ‎‎CERN‎‎ โดยมีการประกาศอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคมของปีนั้นว่าทั้ง CMS และ ATLAS ได้ตรวจพบอนุภาค Higgs ที่มี สล็อตแตกง่าย