緊湊渺子線圈

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大型強子對撞器 (LHC) 所包含的子實驗與各級子加速器
LHC 子實驗
ATLAS	超環面儀器 (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS	緊湊渺子線圈 (Compact Muon Solenoid)
LHC-b	LHC底夸克實驗 (LHC-beauty)
ALICE	大型離子對撞器 (A Large Ion Collider Experiment)
TOTEM	全截面彈性散射偵測器 (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation)
LHC 次級加速器
p and Pb	質子與鉛離子直線加速器
(not marked)	質子同步推進器 (Proton Synchrotron Booster)
PS	質子同步加速器 (Proton Synchrotron)
SPS	超級質子同步加速器 (Super Proton Synchrotron)

攝於2002年，組裝真空腔時的情況

攝於2001年，建造中的底蓋鐵芯

緊湊渺子線圈（CMS，Compact Muon Solenoid），瑞士歐洲核子研究組織CERN的大型強子對撞器計劃的兩大通用型粒子偵測器中的一個。直至2006年，已有約2300位來自159個不同的研究機構的科學家，共同參與建設。CMS 將建在法國的Cessy的地下洞穴中，剛好跨過瑞士日內瓦的邊境。完成後的偵測器將是一個長約21公尺，直徑約16公尺的筒狀的結構，重量達12500公噸（這也是其名稱的由來）。

[编辑] 實驗目標

CMS 實驗的主要目標包含了:

探索TeV級能量下的物理現象
發現希格斯粒子
尋找超對稱物理的證據
研究重離子對撞實驗

[编辑] 重點特色

CMS 偵測器的特色在於:

相對小型的尺寸
強力磁場線圈
為追蹤渺子軌跡最佳化

[编辑] 偵測器概觀

CMS 是設計成一個通用型的偵測器，用來研究LHC加速器所提供的 14 TeV 質心能量下質子對撞的物理。其子偵測器包含了用來量測在對撞後所產生的光子, 電子, 渺子等粒子的能量與動量的設備。位於最內層的偵測器為由矽晶片所構成的軌跡追跡系統。環饒其外的則是由閃爍體所構成，用來量測能量的電磁量能器(electromagnetic calorimeter)，與之外三明治結構的強子取樣量能器(sampling calorimeter)。由於追跡系統與量能器的緊湊型設計，CMS 用來產生 4 T(特斯拉)的強力磁場線圈可以將上述兩偵測器包覆於其中。於線圈外的則是大型的渺子偵測器，同時包夾於構成磁力線封閉循環的鐵芯(return york)之中。如此構成 CMS 的全名：緊湊渺子線圈。

CMS 偵測器的結構。其中位於筒狀結構的下方，有一般成人的高度可作為比例尺。（HCAL=強子量能器，ECAL=電磁量能器）

[编辑] 電磁量能器

CMS 的電磁量能器 (Electromagnetic CALorimeter, ECAL)使用了約 80,000 支鉛鎢晶體所構成，晶體的特色為高密度與高透光度，類似於一般常見的鉛玻璃。當電子或光子穿過晶體的時候，會與材料發生反應，由制動輻射與粒子對生與湮滅造成所謂的簇射 (radiation shower) 現象。這個釋放出來的能量，會使得晶體中的電子躍遷而發光，然後由附於晶體表面的光偵測器所量測，轉換成的電子訊號經校正後可以用來推估原入射粒子的能量大小。

[编辑] 磁鐵

CMS 偵測器的一節。可以點此觀看 Flash 動畫

就如同其他的粒子物理偵測器，CMS 有著一個大型的磁鐵線圈。藉由量測帶電粒子通過磁場時軌跡的曲率半徑，可以決定其所帶電性與動量。CMS 的磁鐵長13公尺，直經6公尺，其鈮鈦線圈需要冷卻至低溫超導態，以提供4 T強度的磁場。

[编辑] 新聞報導

CMS 最大的一個組件YB0於當地時間2007年2月28日下午六時(CET)，成功的被放置到位於法國的Cessy地下100公尺深的實驗洞穴中(UXC)。該組件包含了一節的渺子偵測鐵芯，以及目前世界最大的的超導磁鐵，總重量約為1920公噸，相當於五架巨無霸噴射機的總和。除了重量上的困難度，該組件有17公尺寬，與洞穴壁面的距離只有約20公分。工程人員使用了四條巨大55股的纜繩，以每分鐘15公分的速度降下，共耗時10小時才完成這項艱鉅的任務。計有包含了BBC、國家地理、路透社等多家新聞媒體報導此一事件。

[编辑] 參考

Della Negra, Michel; Petrilli, Achille; Herve, Alain; Foa, Lorenzo; (2006). "CMS 物理技術設計報告第一卷: 軟體與偵測器效能". CERN.
CMS文件資源中心(部份非公開內容需密碼登入才能存取)

[编辑] 外部連結

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