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우주적 물리학도 레이의 연구실

우주적 물리학도가 되고 싶은 레이의 물리블로그입니다. 물리이야기도 쉽게 소통할 수 있다는 믿음의 끈을 꼭 쥐고 있습니다. by cosmic-ray


'LHC'에 해당되는 글 4건

  1. 2009.01.13 LHC에서의 CMS 실험 (3/3)(2)
  2. 2009.01.10 덱스터님 댓글에 대한 댓포스팅(2)
  3. 2009.01.09 LHC에서의 CMS 실험 (2/3)(2)

LHC에서의 CMS 실험 (3/3)



3. LHC에서 확인하고 싶은 것

오랜 시간과 막대한 자본을 들여서 만든 실험이다 보니 밝혀내고 싶은 진실도 너무 많다. 입자물리 분야는 표준모형이라는 이름으로 어느 정도 이론이 정립되어 있지만 실험에 의해 100% 규명되지 못한 상태이다. (힉스보존이 발견되었다는 증거가 나온다면 이 부분 해결이다!) 연구를 하면 할수록 표준모형 이상의 설명이 필요하다는 의견이 대두되어 학자들 사이에서는 확인하고 싶은 것이 아주 많은, 텃밭이다. 그런 의문점을 풀고자 설계된 것이 LHC 실험이니 실험의 목적이 얼마나 다양하겠는가. (물론 그 목적에 맞게 일일이 다른 실험을 수행한다는 것은 아니다.) 힉스보존의 존재 여부도 알고 싶고 사람들이 표준모형을 넘는 새로운 물리의 하나로 생각하고 있는 초대칭 모형이 정말 맞는지도 확인하고 싶고 우주 구성성분 중 압도적인 비율을 차지한다는 암흑 물질과 암흑에너지에 대한 실마리도 찾고 싶고……. 이 실험 결과들을 분석하여 얻고자하는 것이 참 많다. 그 중에서도 이번에는 그 중 으뜸주제로 여겨지는 힉스라는 입자의 탐색에 대해서 좀 더 자세히 보도록 하자.


▶ 힉스보존의 존재여부 규명


앞에서 간단하게 보았던 표준모형에 등장하는 기본입자들과 힘을 매개하는 입자들 중에는 힉스라는 이름을 가진 것이 없었다. 그럼 그보다 더 근본적인 입자라는 것인가? 아니다. 힉스 입자는 물질을 직접 구성하는 입자도 아니고 기본 힘을 매개하는 것도 아니다. 힉스 입자는 이론적으로 다른 입자들에 질량을 부여하는 입자이다. 에너지 보존 법칙에 따르면 붕괴하기 전 상태의 질량보다 큰 질량을 갖는 입자가 나올 수가 없는데, 중성자(약 1GeV)가 약한 상호작용에 의해 베타 붕괴할 때 자기보다 훨씬 더 무거운 W 보존(약 80GeV)이 등장할 수 있는(n0 → p+ + e− + -νe) 이유는 힉스가 관여하는 것으로 설명이 가능하다는 것이다.

표준모형에서 이야기하는 힉스보존에 대해 좀 더 자세히 이해하기 위해서는 양자장론을 공부하는 것이 좋다. 하지만 그 내용이 어려우므로 여기서는 개념적인 이해만이라도 해보자. 태초에 우주는 완벽한 진공 상태가 아니라 힉스장으로 채워져 있었다. 이 힉스장의 진공기대치는 영이 아니어서 이 장과의 상호작용을 통해 모든 입자들이 질량을 갖게 되었다. 질량이 생긴 입자들은 상호작용을 통하여 뭉치고 흩어져서 현재와 같은 우주로 진화했다.

양자장론에서는 어떤 장을 그것의 라그랑지안으로 기술하는데 이 때 게이지 대칭이 자발적으로 깨질 때 그 과정에서 진공기대치가 영이 아닌 힉스장을 도입하면 그와 결합한 새로운 항들이 생기게 된다. 이 항을 질량으로 해석할 수 있기 때문에 힉스가 질량을 부여한다고 한다. 표준모형에서 논의되는 힉스장은 중성인 것과 양의 전하를 갖는 것이 있는데 각기 질량을 부여하는 대상이 다르다. 어떤 것은 질량이 없는 게이지 보존에 질량을 주어 W 보존의 질량이 영이 아니고 80GeV인 것을 설명할 수 있고 어떤 것은 힉스 보존에 질량을 준다.

표준모형에서 예측하는 모든 입자들은 이미 실험적으로 발견되었으나 힉스만 아직까지 그 존재가 확인된 바가 없다. 다른 것은 다 찾았는데 그것들의 질량을 매개한다는 중요한 역할을 하는 것을 찾지 못하고 있으니, 그 존재유무를 밝히는 실험의 성사여부가 모두의 관심을 끌 수밖에 없다.

이론적 예측에 의하면 LHC 실험을 통해서 힉스 입자를 탐색할 수 있을 것이라고 한다. 무수히 쏟아져 나오는 2차 생성입자들의 정보를 이용하여 직접적으로 검출되지 않는 힉스 입자를 어떻게 확인할 수 있다는 것일까?

직접적으로 검출할 수 없으므로 힉스 입자가 붕괴할 때(과정이 다양하다.) 뮤온이 생성되는데 이 뮤온을 검출함으로써 간접적으로 힉스의 존재 여부를 볼 수 있다. 그래서 CMS 검출기가 Compact Muon Solenoid, 뮤온을 이름에 달고 있는 것이다. 앞에서 보았던 그림의 calorimeter 바깥쪽으로 뮤온 검출기가 여러 겹 있는 것으로부터 이 실험이 힉스 입자의 발견에 초점을 맞춰 설계되었기 때문이라는 것을 이해할 수 있다.   





 4. LHC 실험 이후에는...


만약 LHC에서 힉스 입자를 발견 한다고 하면 그것으로 이야기가 끝나는 것이 아니다. 힉스 입자를 발견한다고 하면 그것의 질량, 생성 단면적, 스핀, 붕괴 양상 등의 결과들을 측정하고 그 결과와 이론에서의 예측을 비교하여 현재 이론이 현상을 잘 설명할 수 있는지 확인하여야 한다. 만약 대중적으로 유명한 영국의 이론물리학자 스티븐 호킹의 의견처럼 힉스보존이 발견되지 않는다면 그것이 실험적인 한계에서 우리가 아직 볼 수 없는 것인지, 아니면 이론을 전면적으로 재수정하거나 표준모형을 뛰어넘는 새로운 물리를 받아들여야 하는 것인지 더 많은 이론적 연구와 실험적 검증이 필요해진다. 어느 쪽이든 물리학자들이 더 열심히 뛰어야 할 것이다.


▶ 어? 블랙홀은 어떻게 된거죠?


지금까지의 실험과 이론에 대한 이야기 중에는 블랙홀의 ‘블’자도 언급된 적이 없다. 아, 정정하겠다. 블로그 이야기를 하면서 같은 발음이 ‘블’이 나왔으니 취소다. 블랙홀의 ‘홀’자도 언급된 적이 없다. 그러면 무엇이 블랙홀이라는 이름으로 사람들을 공포에 떨게 했나? 아인슈타인의 상대성 이론으로는 LHC에서는 블랙홀이 생성될 수 없다고 한다. 하지만 다른 새로운 이론들에 따르면 마이크로스코픽(느낌을 살려서 영어로!) 블랙홀이 생길 수도 있다고 한다. 이 미시 블랙홀은 우리가 보통 알고 있는 우주에 존재하는, 주변의 모든 물질과 빛까지 빨아들이는 블랙홀이 아니다. 블랙홀이 그렇게 ‘무시무시’한 것은 그 질량이 매우 크기 때문인데 이 미시 블랙홀이라는 것은 질량도 작고 불안정하여 LHC 실험을 삼켜버리고, 유럽을 삼켜버리고 결국 지구를 삼켜버릴 수 있는 시간적 여유가 없다. 많은 물리학자들이 LHC의 안전성에 대해 자기의 이름을 걸고 보장하는 말들을 남겼다. 그들이 자신의 이름에 먹칠을 하고 스스로의 안전까지 버리면서 그러지는 않을테니 한 번 믿어보는 것은 어떨까? 그들의 말이 보고 싶다면 LHC 홈페이지에 가보자.

 

아직도 LHC 실험이 블랙홀 실험이라고 생각하나요?




▶ 참고자료

- 최영일 교수님 발표자료 (2008.09.24 한양대)

- http://public.web.cern.ch

- http://cms.cern.ch

- 물리학과 첨단기술 2008.05월호 <LHC의 물리학>


*대부분의 그림은 위의 참고자료에서 가져왔습니다. 미처 출처를 밝히지 못한 것이 있다면 죄송합니다.




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  1. 덱스터 2009.01.14 00:11 신고 address edit & delete reply

    흠... 힉스 입자가 질량을 갖는지 갖지 않는지는 아직 합의된 것이 아닌가봐요?? ㅇ-ㅇ

    참, 힉스 입자에 대해서는 『스트링 코스모스』란 책에서 잘 다루었던 것 같더라구요 ^^ 브라이언 그린씨가 쓴 『엘러건트 유니버스』처럼 비전공자용 교양서적인데 좀 더 얇고 한국인 저자가 쓴 책이에요.

    • cosmic-ray 2009.01.17 11:28 신고 address edit & delete

      아, 덱스터님 댓글이 너무 늦었죠. 어디를 다녀와서 이제야 확인했어요. 죄송 ^^;;

      표준모형에서의 힉스보존과 초대칭에서의 힉스보존이 약간 다르게 예측하고 있는 것으로 아는데 그래도 질량이 어느 정도 이상일 것이다, 라는 것은 있죠. 어느 정도 질량일 것이라는 예측이 있기 때문에 LHC 실험을 통해서 볼 수 있을 것이라는 기대도 가능하고요.

      흠 추천해주신 책들 너무 좋은 책들이죠. 좋은 책이라는 것을 알면서도 읽지 않고 있다는;; ㅋㅋ 이번 기회에 읽어봐야겠어요! 고맙습니다. ^^

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덱스터님 댓글에 대한 댓포스팅

덱스터님의 질문에 댓글을 달다보니 이야기가 길어져서 아예 포스팅을 하였어요.

사실 입자가속기실험 쪽은 저도 생소한 내용들이 많아서 공부하면서 글을 썼답니다. 특히 CMS 쪽은 콜로퀴움에서 들었던 내용과 제가 자료를 찾아서 쓴 내용이지요. 그래서 제 글에 틀린 부분이 있을 수도, 제 답변이 틀릴 수도 있습니다. 그럴 경우에 제 생각에 문제가 있는 것 같다면 말을 걸어주세요. 같이 토론해서 결론에 다다를 수도 있고 좋은 공부가 될 거에요. 

어쨌든, 덱스터님이 말씀하신 검출기는 칼로리미터를 말씀하시는 거겠지요? 철이나 황(brass)입자가 사라진다는 이야기는 이 입자들이 붕괴하여 없어질 것 같다는 말씀 같은데요, 맞나요? ^^ 제 생각에는 철이나 황 입자가 사라질 것 같지는 않습니다. 왜냐하면 칼로리미터에서 검출 방식은 입자의 붕괴가 아니라 에너지를 흡수하여 들떴다가 가라앉는 과정에서 발생하는 빛을 측정하는 방식이기 때문입니다. 그러니 황이나 철은 들뜸과 가라앉음을 반복할 뿐 붕괴하여 사라지지는 않을 것 같아요.

하지만 이런 문제는 있습니다. 수많은 radiation들이 통과하기 때문에 내구성에 문제가 있을 수는 있어요. radiation hardness라는 용어로 표현하는데 칼로리미터를 이루고 있는 물질을 수많은 입자들이 때림으로써 격자구조가 영향을 받아 손상이 온다든지 하는 문제가 있을 수 있다고 합니다. 그래서 칼로리미터로 쓸 물질을 정할 때 내구성(radiation hardness)이 얼마나 강하냐 하는 것도 고려 대상이라고 합니다. (다른 요소들로는 얼마나 빠르게 반응하여 빛을 내느냐, 빛의 양은 얼마나 많이 내느냐, 그리고 제일 중요한 비용문제 등이 있다고 합니다.)

고로 검출기를 천년만년 쓸 수는 없는 것이지요. 이 부분에 있어서는 텍스터님이 날카롭게 보신 것 같아요. 하지만 그 덩치 큰 검출기의 수많은 조각들을 갈아준다는 것은 생각만해도 너무 끔찍한 일이니 그렇게 자주 발생하는 문제는 아니겠죠? 이 부분에 있어서는 저도 실제로 자주 교체하는지 아닌지 모르니까 다음 주에 저희 학교 입자실험분야의 달인이신 천병구 선생님께 한 번 여쭤보고 또 알려드릴게요. ^^ 개인적으로 학생의 입장에서 그런 일이 절대로 없길 바라야겠지요. 얼마나 괴로울지 orz

끝으로 재미있는 이야기가 있어서 링크 걸어둡니다.
CMS HCAL(강입자 칼로리미터)의 황은 러시아 군으로부터 구한 녀석의 재활용품이라고 하네요. ^^

CMS HCAL brass history


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  1. 덱스터 2009.01.10 02:36 신고 address edit & delete reply

    아;; 황이 Sulfer가 아니라 합금이었군요 ^^;;

    이런;;;-_-;;

    좋은 포스트 잘 보았습니다 ^^

    • cosmic-ray 2009.01.10 12:02 신고 address edit & delete

      헙, 늦은 시각까지 안 주무셨군요~ ^^ 네 황이라고하니 혼동이 있을 것 같아서 brass라고 달았어요.

      감사합니다. 자주 뵈어요. 저도 놀러갈게요. ^^
      주말 잘 보내세요~

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LHC에서의 CMS 실험 (2/3)

▶ 더 자세히

그렇다면 무슨 목적을 가지고 어떻게 관측을 한다는 것인지 살펴보자.

1) 어떤 입자를 어떻게 충돌시키나요?


강입자라고 했으니 쿼크들로 이루어진 입자, 메존과 바리온이 그 대상일 것이다. 메존은 쿼크와 안티쿼크가 결합하여 안정된 상태를 이룬 입자이고 파이온(π+,π-,π0)이나 케이온(K+,K-,K0) 등이 이에 해당한다. 바리온은 세 개의 쿼크가 안정된 상태를 이룬 것으로 우리가 예전에는 가장 작은 기본입자라고 생각했던 중성자, 양성자 등이 바리온이다. LHC에서는 양성자 두 개를 거꾸로 가속시켜 충돌시킨다.


















대개의 입자실험의 경우 거대한 터널을 지하에 매설하고 사람 키의 수 십 배에 달하는 검출기를 만들고 설치하여 실험을 수행하는데 이 과정에 엄청난 돈과 인력, 시간이 들어간다. 이번 LHC실험의 경우에도 마찬가지로 14년에 걸쳐 약 100억 달러의 비용이 들었다고 한다.

스위스와 프랑스 접경 지역 Meyrin이라는 도시의 지하 100m정도의 깊이에 굴을 파고 위 그림과 같이 생긴 거대한 가속기 원형터널을 설치했다. (사실은 이전 실험 때문에 터널은 이미 존재했다.) 이 터널에 수소에서 전자 하나를 떼어낸 양성자를 다발로 만들어서 궤도를 따라 돌며 가속시킨다. 터널의 어느 지점에 전기장을 걸어 입자를 점점 가속시키고(에너지가 커지는 것이다.) 곳곳에 자기장을 걸어 양성자의 궤도를 휘게 만들어서 원형터널을 따라 회전시킨다. 가속 회전하여 7 TeV (1TeV = 10^12eV) 의 에너지를 얻은 양성자다발과 반대방향으로 가속 회전하여 같은 에너지를 갖는 양성자다발이 충돌할 때 일어나는 현상을 관측하는 것이 LHC 실험의 개요이다.

7 TeV라는 에너지는 현재 지상입자가속기 실험에서 만들어 낼 수 있는 가장 큰 에너지로서 양성자의 질량이 매우 작기 때문에 거의 빛의 속도로 날아갈 때의 에너지이다. 다발을 만들어서 충돌시키는 이유는 양성자의 크기가 10^{-15}m 정도로 매우 작아서 한 개씩 정확히 충돌시키는 것이 거의 불가능하기 때문에 여러 개의 양성자다발을 만들어 충돌 확률을 높이고자 함이다.


2) 입자 검출은 어떻게 한다는 거죠?


대략 3천개의 다발에 각각 1천억 개의 양성자가 들어있는 셈이지만 양성자가 워낙 작기 때문에 충돌 가능성은 2천억 개가 지나갈 때 20번 정도 밖에 안 된다. 그러나 이런 다발이 1초에 대략 3천만번씩 지나가기 때문에 1초에 6억 번 정도의 충돌을 만들 수 있다. 이 과정에서 쏟아져 나오는 2차 입자들을 어떻게 검출할 것인지가 중요하다.

LHC 가속기에는 총 6개의 실험을 수행한다. 위의 모식도를 보면 ATLAS, CMS, ALICE, LHC-B라는 총 4개의 검출기가 설치되어있고 그림에는 나와 있지 않지만 LHC-f와 TOTEM실험이 있다. 각각의 실험은 모두 독립적이다. ATLAS와 CMS는 LHC실험의 주된 실험으로서 충돌로 인해 생성된 입자들을 분석하여 입자물리의 현 과제들을 해결하기 위한 목적으로 설계되었다. 힉스보존의 존재여부, 초대칭 입자, 여분 차원, 암흑물질 탐색 등 다양한 결과들을 확인하고자 한다. 같은 목적을 가진 두 개의 실험이 같은 가속기를 이용하여 수행되므로 어떤 결과를 얻었을 때 그것을 각각 검증하여, 분석된 자료의 신뢰도를 더할 수 있다.

ALICE 실험은 납핵과 납핵을 충돌시켜 강력에 의해 양성자와 중성자 등으로 단단하게 묶여있는 쿼크가 그 속박에서 벗어나 상전이를 일으킨 것과 같은 쿼크글루온플라즈마 상태에 대한 연구를 수행한다. 이것은 우주 초기의 상태와 비슷한 상황을 재연하려고 하는 것이다. 우주는 초기에 매우 뜨겁고 매우 밀도가 높았을 것인데 그 때의 입자들은 지금과는 다른 형태로 존재했을 것이다. 그 상황에서는 쿼크는 지금과 같은 형태로 속박된 상태가 아닌 쿼크글루온플라즈마 상태로 존재했을 것이라고 (이론적으로) 생각된다. 그래서 그와 비슷한 고온고밀도의 상황을 만든 ALICE 실험의 결과를 잘 연구하면 초기 우주를 이해할 수 있는데 도움이 될 것이다. 이와 같은 실험으로 미국의 RHIC 실험이 있다.

LHC-B는 일본의 Belle 실험과 같은 목적을 띈 실험이다. 1928년 디락은 전자와 똑같은 질량과 스핀을 가진 양으로 대전된 대응 입자, 양전자가 있을 것이라고 예측하였다. 그 이후 우주에는 물질뿐만 아니라 그 짝인 반물질도 있을 것이라는 것을 알게 되었다. 그러나 현재 우주에서는 반물질은 거의 없고 물질로만 가득 차 있다. 이 비대칭성은 ‘CP 대칭성 깨짐’으로 설명이 가능한데 이 실험에서는 b 쿼크로 이루어진 B 메존의 붕괴 과정을 관측하여 CP 대칭성이 깨지는 현상을 확인하려 한다. 우주 초기에 물질과 동등한 수만큼 존재하였던 반물질이 어떠한 과정을 거쳐  사라지게 되었는지를 알 수 있어 초기 우주에 대한 이해를 확장시킬 수 있을 것으로 예상된다. LHC-f와 TOTEM에 대한 설명은 여기서는 생략한다.

이제부터는 이 6가지 실험 중 CMS를 집중적으로 다루고자 한다. 그 전에 입자실험에서 사용하는 검출기의 일반적인 특징에 대해 알아보고 CMS 실험의 검출기를 자세히 보자. 입자실험에서 충돌 결과를 이해하기 위해서는 충돌 시간과 입자가 날아가는 방향, 운동량, 에너지를 알아야 한다. 거대한 입자검출기는 그 정보들을 얻기에 적합한 검출기들의 합이다.

일반적으로 크게 네 가지 부분으로 이해할 수 있다. 입자들이 날아다니는 빔 파이프를 둘러싸고 있는데 그 제일 안쪽에 충돌이 일어난 지점을 정확하게 측정할 수 있는 버텍스 디텍터가 있고 그 바깥을 트랙킹 디텍터가 감싸고 있다. 트랙킹 디텍터는 검출기 전체를 감싸고 있는 마그네틱 코일에 의해 생성된 자기장으로 인해 대전된 입자들이 경로가 휘게 되어 휘어진 정도로부터 입자의 운동량을 계산할 수 있다. 그리고 칼로리미터가 그것을 감싸고 있는데 칼로리미터를 이루고 있다. 충돌로 인해 생성된 입자들은 칼로리미터 안의 분자들과 충돌하여 그 에너지를 잃고 사라진다. 칼로리미터가 얻은 에너지를 계산함으로써 사라진 입자의 에너지를 얻을 수 있다. 그리고 그 바깥에 자기장을 만들어내는 거대한 솔레노이드가 놓이게 된다.

이것은 일반적으로 사용하는 꼭 필요한 것들이고 각 실험에 따라 최적화된 검출기들을 설치하여 이용한다. 예를 들어 CMS에는 뮤온 검출기도 설치돼 있다.

※ CMS (Compact Muon Solenoid) 검출기



CMS 검출기의 모식도이다. 옆에 사람을 그려놓아 그 크기가 얼마나 큰지를 가늠할 수 있다. 반경 15m, 길이 21.6m, 총 무게가 12,500톤이나 되는 이 검출기는 픽셀 디텍터, 실리콘 트래커, 전자기 칼로리미터, 하드론 칼로리미터, 초전도 솔레노이드, 뮤온 디텍터 등의 수많은 소형 검출기의 집합체이다.

양성자다발이 충돌하게 되면 왼쪽 그림처럼 수많은 2차 입자들이 생성된다. 이 때 생성되는 모든 부산물을 눈으로 직접 볼 수 없는데 (예전에는 검판기를 이용하여 눈으로 각 입자를 분류하기도 했다.) 그 이유는 우선 너무 많은 입자들이 쏟아져 나오기 때문이기도 하고 어떤 것들은 생성되자마자 붕괴하여 사라지기 때문이다. 그래서 비교적 붕괴시간이 긴 입자들의 운동량과 에너지 등을 분석하여 직접적으로 볼 수 없는 것까지 추론하여 알아내어야 한다.


CMS 검출기 모식도를 보면 양성자가 날아다니는 빔 파이프를 둘러싸고 있는 가장 안쪽에 픽셀 디텍터와 실리콘 트래커가 있다. 픽셀 디텍터는 앞에서 말한 버텍스 디텍터에 해당하고 실리콘 트래커는 트랙킹 디텍터로 쓰인다. (크게 보면 둘 다 트래커라고도 할 수 있다.) 양성자다발의 충돌로 인해 생기는 입자들은 여기에 궤적을 남기고 날아가게 된다.

 


전하를 띈 입자가 자기장 안으로 날아 들어오면 자기력에 의해 원운동을 하게 된다. 전하의 종류에 따라 그 방향이 반대가 되기 때문에 휜 방향을 보고 양전하를 띈 입자인지 음전하를 띈 입자인지 구분할 수 있다. 또 원운동 궤적의 휜 정도를 보고 그 입자의 운동량을 계산할 수 있다. (자기력과 구심력을 같다고 놓고 원궤도의 반지름에 대해서 풀어보세요.) 이렇게 알아낸 입자의 운동량은 충돌할 때의 상황을 이해하는데 아주 중요한 역할을 한다.

픽셀 디텍터와 실리콘 디텍터를 지나 날아가던 입자는 칼로리미터를 지나면서 칼로리미터의 분자들과 충돌을 하며 그 에너지를 잃는다. CMS실험에서는 전자기 칼로리미터와 강입자 칼로리미터를 쓰고 있다.

CMS의 전자기 칼로리미터는 작은 컵 만한 사이즈의 1.5kg 짜리 고밀도 크리스털이 61,200개로 이루어져 있다. 이 크리스털로 전자나 광자가 지나가면 분자와 부딪히고 에너지를 넘기게 된다. 그렇게 들 뜬 분자가 다시 안정된 상태로 가면서 빛을 내게 되고 이 빛을 검출하여 에너지를 측정한다. 전자와 광자는 이 단계에서 에너지를 모두 잃고 사리지게 된다.

양성자, 중성자, 파이온, 케이온과 같은 강입자들은 강입자 칼로리미터에 의해 검출된다. 강입자 칼로리미터는 고밀도 흡수체와 플라스틱 신틸레이터를 여러 겹 겹쳐놓아 만들었다. 강입자가 황이나 철로 되어 있는 흡수체를 때리면 연쇄반응에 의해 수많은 2차 입자들이 생성된다. 이렇게 생성된 입자들이 플라스틱 신틸레이터에서 반응하여 전자기 칼로리미터에서처럼 빛을 내게 되면 그 빛을 측정하여 어떤 에너지의 입자가 들어왔는지를 추정한다. 전자기 칼로리미터와 강입자 칼로리미터에 의해 측정된 에너지로 충돌 시의 상황을 역으로 그릴 수 있다.

이 정보들을 종합하여 어떤 입자가 어떤 에너지를 가지고 있었는지를 파악할 수 있다. 예를 들어 자기장이 지면으로 들어가는 방향으로 걸려있다고 할 때 시계반대방향의 궤적을 silicon tracker에 남기고 EM calorimeter에 흔적을 남기고 사라진 입자가 있다고 하자. 그러면 우선 그 입자는 음의 전하를 띄고 있을 것이고 EM calorimeter에서 사라졌으므로 전자기 상호작용을 하는 입자일 것이다. 그렇다면 그것의 정체는? 전자! 반면에 뮤온의 경우에는 전하를 띄고는 있으나 칼로리미터에서 반응하지 않고 마지막까지 살아남아 뮤온 디텍터에서 검출될 것이다. 다음 그림을 보면 이 과정을 쉽게 이해할 수 있다.

 

 
그러면 생성된 입자의 종류와 운동량, 에너지에 대한 정보를 모아서 어떤 것을 확인하고 싶은 것이 무엇인지 보자.


(to be continued...)


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  1. 덱스터 2009.01.09 19:59 신고 address edit & delete reply

    음... 그런데 하드론 검출기는 가끔씩 바꾸어주나요?

    철이나 황 입자가 점차 사라질 것 같은데...

    • cosmic-ray 2009.01.10 01:23 신고 address edit & delete

      안녕하세요, 텍스터님. ^^ 질문 감사합니다. 글을 읽어주시고 관심을 가져주시는 분이 있다니 참 좋습니다.

      댓글을 달다 보니 길어져서 그냥 포스팅을 하였어요. 읽어보시고 이건 좀 아니다 싶으면 함께 더 생각해보면 좋겠습니다. ^^

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