|
|
Çağdaş belirleyiciler, bir çarpışma olayının fark-lı yönlerini saptamaya yönelik, çok çeşitli bileşen-lerden oluşur. Bu bileşenler, olayda açığa çıkan parçacıklar hakkında en fazla bilginin edinilebilece-ği şekilde yerleştirilmiştir. Öyle ki, parçacıklar fark-lı bileşen katmanlarından ardı ardına geçerler ve bir parçacık ancak; ya bir belirleyicide, ölçülebilir bir etkileşime girince, ya da gözlenebilir parçacıkla-ra bozununca belirlenmiş olur. Belirlenmesine çalı-şılan ana unsurlar, parçacıkların patikaları ve taşı-dıkları enerji düzeyidir.
Enerji ölçümü sırasında parçacıklar durdurulduklarından ya da başka parçacıklara dönüştürüldüklerinden, önce konumlarının izlenmesiyle patikalarının belirlenmesi ve enerji Ölçümlerinin daha sonra yapılması gerekir. Öte yandan genellikle; mü-onlar hadronlardan, hadronlar da; fotonlardan ya da elektron ve pozitron gibi hafif parçacıklardan çok daha fazla miktarda enerji taşırlar.
Dolayısıyla, aynı malzeme içerisinde katedebile-cekleri mesafeler, yani erimleri ya da durdurulma-larının zorluk düzeyleri, farklı farklıdır. Bu grupla-rın birbirinden ayrılabilmesi için; önce foton, elek-tron ya da pozitron; sonra hadron, en sonunda da müon enerjilerinin ölçülmesi gerekir.
Yukarıdaki şekilde, Örnek bir çarpıştırma dene-yinin yer aldığı bir hızlandırıcı tüpünün etrafındaki belirleyicinin çeşitli katmanları gösteriliyor. İçten dışa doğru dört katman var:
1. İz saptama katmanı,
2. Elektromanyetik kalorimetre,
3. Hadron kalorimetresi,
4. Müon kalorimetresi ya da katmanı.
Her katmanda, çeşitli sayı ve tiplerde belirleyi-ciler bulunuyor ve o katmandan geçen parçacıkla-rın özelliklerini saptıyor. Parçacıklar içten dışa doğ-ru ilerlerken, bu katmanların bir ya da daha fazla-sıyla etkileşimde bulunabiliyor ve sonuçta, türünün taşıdığı fiziksel özelliklere bağlı olarak, katmanların birinde durdurulmuş oluyor.
Sağ alttaik şekilde, hangi parçacık türlerinin hangi katmanlarda etkileşime girerek belirlendiği gösteriliyor. Yalnızca iz saptama odalarından olu-şan birinci katmanda, yalnızca yüklü parçacıklar, yükleri sayesinde iz bırakıyorlar. Örneğin, foton ya da nötron gibi yüksüz parçacıklarsa, bu katmanla etkileşime girmediklerinden, iz bırakmaksızın ilerli-yor ve burada farkedilemeden ikinci katmana geçi-
|
yorlar. Öte yandan, İz saptama dedektörleri, parça-cıkların hemen hemen hiç etkilenmeyeceği şekilde yapılırlar. Dolayısıyla, bu katmanda yer alan etkile-şimler, kayda değer miktarda enerji kaybına yol aç-maz ve parçacıklar hiçbir şey olmamış gibi yolları-na devam ederler. Sonuç olarak, parçacıkların hep-si, enerjilerinde ve hareket doğrultularında hiçbir değişikliğin olmadığı varsayımıyla, ikinci katmana ulaşırlar. Ancak bu arada, yüklü olanların varlığı ve nereden gelip nereye gittikleri belirlenmiş oluyor.
Fotonlar, elektromanyetik etkileşimin ağır bas-tığı ikinci katmanda durduruluyor. Ayrıca, elektron ve pozitron gibi yüklü, ama hafif olduklarından do-layı görece az miktarda enerji taşıyan parçacıklar da Öyle... Dolayısıyla, bu parçacıkların enerjileri, elektromanyetik kalorimetreyi oluşturan ikinci kat-manda belirlenmiş oluyor. Oysa müon, pion ya da proton gibi ağır ve yüklü parçacıklar, bu katmanda İz bırakmakla beraber, taşıdıkları yüksek enerji sa-yesinde ve bu enerjinin çok küçük bir kısmını kay-bederek, üçüncü katmanı oluşturan hadron kalori-metresine ulaşıyorlar. Nötronlarsa yüksüz oldukla-rından, elektromanyetik etkileşime zaten girmiyor ve üçüncü katmanı oluşturan hadron kalorimetresi-ne, ilk halleriyle ulaşıyorlar. Sonuç olarak, proton ve nötron gibi baryonlarla, pion gibi mezonlar; ya-ni hadronların tümü, hadron kalorimetresinde dur-durulmuş oluyor. Bir sonraki dördüncü katmana yalnızca, çok yüksek enerji düzeylerine sahip, orta ağırlıktaki II. nesil leptonu olan müonlar ulaşabili-yor. Bu yüzden de bu sonuncusuna, 'müon katma-nı1 deniyor. Şimdi bir de katmanların yapısına baka-lım...
Birinci katmanın en iç kısmında genellikle, yarı-iletken saptayıcılar bulunuyor. Çünkü konumun en büyük duyarlılıkla belirlenmesi gereği burada. Dışa-rıya doğru yarıçapı büyüyen hayali silindir yüzeyle-ri üzerine, sıra sıra telli odalar yerleştiriliyor. Sıra-lar birbirine göre biraz kaydırılmış durumda. Böyle
|
Bu etkileşmeler sırasında parçacığın enerjisi azalırken, ortaya küçük bir 'ikincil parçacıklar yağmuru1 çıkıyor. Sonrasında hemen hep birlikte, o plakadan sonra gelen telli odaya girip, burada-ki gaz ortamında iyonlaşmalara yol açıyorlar. Gö-rece düşük miktarda enerji taşıyan ikincil parça-cıklar, bu iyonlaşmalar sonucunda durdurulurken, birincil parçacık bu süreçten pek etkilenmeksizin yoluna devam edip, bir sonraki plakaya giriyor ve ta ki tüm enerjisini kaybedip durdurulana ya da başka parçacıklara dönüşene kadar, aynı süreci tekrarlayıp duruyor. Sonuçta, telli odalarda kay-dedilmiş olan etkinlik düzeyi ölçümlerinin topla-mından, parçacığın katman girişindeki enerjisi he-saplanabiliyor.
İz saptama katmanının dışında; elektron, po-zitron ya da fotonları durdurarak enerjilerini öl-çen elektromanyetik kalorimetre bulunuyor. Bu kalorimetrede kurşun plakalar kullanılıyor ve ka-lorimetrenin adı, bu katmanda yer alan ve ikincil parçacıklara yol açan etkileşimlerin elektroman-yetik türde olmasından kaynaklanıyor. Bu neden-ledir ki, elektromanyetik kalorimetre, yüksüz fo-tonlarla, yüklü elektron ve pozitron gibi hafif par-çacıkları durdurabiliyor. Hadronlarla müonlarıysa, pek etkileyemiyor. Hadronlar, kurşun yerine de-mir plakalar kullanan hadron kalorimetresinde durduruluyor. Bu arada uzun mesafeler katettik-lerinden, hadron kalorimetreleri, elektromanyetik kalorimetrelerden çok daha kalın oluyor. Kuark-lardan oluşan hadronlar, enerjilerinin tümünü bu katmandaki demir atomlarıyla güçlü etkileşime gi-rerek kaybediyorlar ve kalorimetrenin adı buradan geliyor. Yollarına devam eden müonların enerji ölçümüyse, en dıştaki, demir ya da alümin-yum plakalar kullanan müon kalorimetresinde ya-pılıyor. Müon kalorimetresi girdi olarak, hadron kalorimetresinden parçacık yağmuruna yol aç-maksızın geçmiş olan yüklü parçacıkları alıyor. Onlar da, elektronun yaklaşık 200 katı (106MeV) kütleye sahip bulunan ve 2,2 mikrosaniye ortala-ma Ömürle bozunan kararsız bir lepton olan müonlar oluyor ve burada, atomlarla çarpışmaları sırasında, 'ikincil parçacık' yağmurlarına yol açı-yorlar. Yalnızca nötrinolar, dört katmanı da geçip gidiyor ve bunların enerjileri Ölçülmek yerine, öl-çülemediğinden, enerjinin korunumu ilkesinden hesaplanıyor.
|
|
