CLAS dedektörü

CEBAF Büyük Kabul Spektrometresi (CLAS), Newport News, Virginia, Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan Jefferson Laboratuvarı'ndaki deneysel Hall B'de bulunan bir nükleer ve parçacık fiziği dedektörüdür. Dünyanın birçok ülkesinden 200'den fazla fizikçinin (CLAS Collaboration) işbirliğiyle nükleer maddenin özelliklerini incelemek için kullanılır.

Jefferson Laboratuvarı'nın hızlandırıcısından gelen 0,5 ila 12,0 GeV elektron ışını, CLAS sistemini barındıran deney salonu olan "Hall B"ye getirilir. Gelen ışındaki elektronlar veya fotonlar, CLAS'ın merkezinde bulunan fizik "hedefinde" atomların çekirdekleriyle çarpışır. Bu çarpışmalar, genellikle hedef nükleonlar (protonlar ve nötronlar) bilinen proton ve nötronların daha ağır kütleli versiyonlarına kısa bir süre uyarıldıktan sonra, genellikle yeni parçacıklar üretir. "Mezonlar" adı verilen çok çeşitli orta kütleli kısa ömürlü parçacıklar oluşturulabilir. Saçılan elektron ve daha uzun ömürlü üretilen parçacıklar, ölçüldükleri CLAS dedektöründen geçer. Parçacık fizikçileri, bu ölçümleri, proton ve nötronların altında yatan yapıyı anlamak ve bu yeni parçacıkları yaratan etkileşimleri daha iyi anlamak için kullanırlar.

CLAS dedektör sistemi 1998'den Mayıs 2012'ye kadar çalışır durumdaydı. O zamandan itibaren, yayınlarda izlenebileceği gibi, arşivlenen verilerin analizi birkaç yıl boyunca devam etti. 2012'den bu yana, 2017'de parçacık demetleri ile faaliyete geçen CLAS12 adlı benzer ancak yeni bir sistem inşa edildi.

Dedektör Fonksiyonuna Genel Bakış

CLAS dedektörü, hadronik parçacık fiziği alanındaki cihazlar arasında çok büyük bir kabul görmesi nedeniyle dikkate değerdi; başka bir deyişle, elektron-proton çarpışmalarında üretilen parçacıkların neredeyse tamamının momentumunu ve açılarını ölçtü. Kabaca küresel olan dedektör, 30 fit çapında ölçüldü. Tipik olarak küçük bir sıvı hidrojen silindiri (hidrojen çekirdeği tek bir protondan oluşur) veya döteryum (bir nötron ve bir protondan oluşan bir çekirdek ile) olan fizik hedefini çevreledi.

Her parçacık-hedef çarpışmasına "olay" denir. Ayrıntılı bir veri toplama sistemi, parçacık dedektörleri tarafından ölçülen her olayı, saniyede ortalama birkaç bin olaya kadar kaydeder. Bu veriler daha sonra bilgi işlem işlemcilerinden oluşan bir "çiftliğe" aktarılır. Fizikçilerden oluşan ekipler, protonun altında yatan yapıyla ilgili yeni tür parçacıklar veya bilgiler arayarak olayları analiz eder.

Dedektör Açıklaması

Şekilde CLAS dedektörünün bir diyagramı ve dedektörün bakım için kısmen açıldığı zamanki bir fotoğrafı gösterilmektedir. Fizik hedefi merkezdedir. Yüklü parçacıklar, çok ileri (ışın) ve geri (ışın) yönleri hariç ve ayrıca altı toroidal manyetik alan bobini tarafından işgal edilen azimut yönleri hariç olmak üzere hemen hemen tüm yönlerde tespit edilir. Dedektör, partikül yollarını izlemek veya partikül uçuş sürelerini kaydetmek için ardışık partikül dedektör katmanları ile iç içe geçmiş bir biçimde tasarlanmıştır. Toroidal mıknatıs alanı, hedeften gelen yüklü parçacığın, ışın çizgisine doğru veya uzağa doğru yaylar halinde bükülmesine neden olur. Hedeften ayrılan parçacıklar, yörüngelerinin başlangıcını kaydetmek için önce bir zamanlama sayacından geçer. Parçacıklar daha sonra manyetik alan boyunca yollarını takip etmek için kullanılan ve böylece momentumlarının belirlenmesine izin veren üç sürüklenme odası paketinden geçer.

Manyetik alanın dışında, bir zamanlama dedektörü katmanı, hedeften yaklaşık dört metre uzaklıkta parçacıkların geçiş süresini ölçer. Parçacık izinin yol uzunluğunu seyahat süresine bölmek hızı verir. Bir parçacığın momentumunu ve hızını bilmek, onun kütlesi aracılığıyla tanımlanmasına yol açar. CLAS dedektörü ayrıca ileri yönde ek dedektörler içerir (Cherenkov sayaçları ve Elektromanyetik Kalorimetreler), amacı elektronları pionlar gibi diğer parçacık türlerinden ayırmaktır.

Fizik Programı

CLAS ile iki kategoride deney gerçekleştirildi: ışındaki elektronların kullanılması ve elektron ışını kullanılarak oluşturulan gerçek fotonların kullanılması. Elektron saçılımını kullanan deneyler, öncelikle protonların yapısını ve çeşitli alt-nükleer "uzunluk ölçeklerinde" uyarılmalarını araştırır. Gerçek foton ışınlarını kullanan deneyler, öncelikle mezonların ve uyarılmış baryonların üretimini ve bozunmasını araştırır.

CLAS programından kaynaklanan bilimsel ve teknik makalelerin bir listesi bu makalenin altında verilmiştir. Belirli bir sırayla verilmeyen aşağıdaki konu listesinde görüldüğü gibi, ele alınan soruların yelpazesi geniştir:

Nükleon uyarılmış durumlarının oluşumunu ve bozunmasını incelemek için nükleon üzerinde esnek olmayan elektron saçılımı
Hyperon foto- ve elektro-prodüksiyonu, temel durum spektrumunu keşfetmek ve garip baryonları heyecanlandırmak
Nükleondan mezon fotoprodüksiyonu, kuark modelinde hesaba katılmayan mesonik durumları aramak
Çekirdek içindeki nükleonlar arasındaki korelasyonları incelemek için nükleer hedeflerin elektro-parçalanması
Nükleon içindeki kuarkların tam 3B dağılımını incelemek için polarize ışın ve/veya hedef kullanılarak mezon üretimi ile derin elastik olmayan elektron saçılımı