超環(huán)面儀器

LHC制成希格斯玻色子的幾種不同機(jī)制的費(fèi)曼圖。

ATLAS計劃探究許多可能會在LHC的高能碰撞里被探測到的物理現(xiàn)象，其中有一些是對標(biāo)準(zhǔn)模型的證實(shí)或測量精度的加強(qiáng)，而其它可能是新物理理論的重要線索。

ATLAS最主要的實(shí)驗?zāi)繕?biāo)之一是發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型的一個尚未證實(shí)的粒子——希格斯玻色子。在標(biāo)準(zhǔn)模型里，電弱對稱性破缺促使規(guī)范矢量場獲得質(zhì)量，但又額外生成了多余的零質(zhì)量戈德斯通玻色子。選擇適當(dāng)?shù)囊?guī)范，可以除去這零質(zhì)量戈德斯通玻色子，只存留帶質(zhì)量標(biāo)量場（希格斯玻色子）與帶質(zhì)量規(guī)范矢量場（W及Z玻色子）。這整個稱為希格斯機(jī)制的過程可以解釋為什么負(fù)責(zé)傳遞弱相互作用的W及Z玻色子具有質(zhì)量，而負(fù)責(zé)傳遞電磁相互作用的光子不具有質(zhì)量。假若實(shí)驗證實(shí)希格斯玻色子存在，則可給予希格斯機(jī)制極大的肯定，特別是對于為什么某些基本粒子具有質(zhì)量這問題的解釋，也可以確定標(biāo)準(zhǔn)模型基本無誤。

從希格斯玻色子的衰變產(chǎn)物的形式，可以偵測到希格斯玻色子的存在。最容易觀測到的的是2個光子、2個底夸克或4個輕子。有時，只能從這些衰變與其他額外的粒子的相聯(lián)作用，才能夠確切識別為源于希格斯玻色子。這樣的例子可以參見右邊的費(fèi)曼圖。

有些理論不需要希格斯玻色子的存在。這些理論稱為無希格斯模型，例如彩色模型。假若希格斯玻色子被證實(shí)不存在，則物理學(xué)者可能會改聚焦于這些理論。

將物質(zhì)與反物質(zhì)的物理行為做比較，所觀測到的不對稱性被稱作CP破壞，這題目也包括在ATLAS的研究范圍內(nèi)。關(guān)于CP破壞的實(shí)驗，例如BaBar實(shí)驗和Belle實(shí)驗，還沒能夠在標(biāo)準(zhǔn)模型里搜集到足夠的CP破壞證據(jù)來解釋宇宙中缺少反物質(zhì)的原因。新的物理模型很可能會引入額外的CP破壞，從而為這個問題帶來新線索。這些模型可以從新粒子的生成而直接被證實(shí)，或者通過測量B-介子的屬性而間接被證實(shí)。LHCb是LHC的一個子實(shí)驗，其目標(biāo)是探究B-介子，所以比較適合后面那種間接探索的方法。

頂夸克于1995年在費(fèi)米國立加速器實(shí)驗室被發(fā)現(xiàn)，但至今為止，對于這種粒子的屬性，只做了一些較為粗略地測量。LHC能提供更高的能量和粒子碰撞率，從而制成大量的頂夸克，使得ATLAS能夠?qū)υ摿Ｗ舆M(jìn)行更加精確的測量，并探究頂夸克與其他粒子間的相互作用。這些測量可以為標(biāo)準(zhǔn)模型的細(xì)節(jié)提供間接的信息，或許會揭露它與新物理現(xiàn)象之間的不一致。ATLAS也會對其他粒子進(jìn)行類似的精確測量。例如，ATLAS最終可能會測定W玻色子的質(zhì)量，精確度有望達(dá)到先前的兩倍。

直接尋找一種新的物理模型可能是ATLAS中最激動人心的部分。很多研究的主題是超對稱破壞理論。此理論十分流行，因為它有可能解決理論物理學(xué)中一系列問題，在幾乎所有弦理論里都會遇到它。超對稱模型涉及新的、極大質(zhì)量的粒子。在許多情況里，這些粒子衰變成高能夸克和穩(wěn)定的高質(zhì)量粒子（這些粒子不太可能與一般物質(zhì)發(fā)生相互作用）。這些穩(wěn)定粒子會從探測器中逃逸，留下一個或多個高能夸克噴注的跡象，以及大量遺失動量。其它一些假想的重粒子，例如卡魯扎-克萊因理論中的那些粒子，可能會留下相似的跡象，但是這些例子的發(fā)現(xiàn)肯定指出，超越標(biāo)準(zhǔn)模型之外，必定有某種不同的物理理論。

還有一個微乎其微的可能（假若宇宙具有大尺寸的額外維度）是LHC制造出微觀黑洞。它們會通過霍金輻射立即衰變，以相同的數(shù)量生成標(biāo)準(zhǔn)模型中所有的粒子，并在ATLAS探測器中留下一個無可否認(rèn)的跡象。實(shí)際而言，如果這現(xiàn)象發(fā)生，則關(guān)于希格斯玻色子以及頂夸克的研究將會從黑洞生成的這些粒子展開。

探測器會產(chǎn)生難以梳理的海量數(shù)據(jù)，大約每事件將會產(chǎn)生25兆字節(jié)的數(shù)據(jù)，而每束交叉（beam crossing）有23個粒子事件，每秒又有40,000,000個束交叉在探測器的中央產(chǎn)生，因此總共會有23千兆字節(jié)每秒（petabyte/s）的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。觸發(fā)系統(tǒng)利用簡單信息來進(jìn)行實(shí)時識別那些有趣的事件，將它們的信息保留下來以供詳細(xì)的分析。總共有三個觸發(fā)級別，其中一個是基于探測器電子，而另外兩個主要是基于探測器附近的大型計算機(jī)集群。在第一級別的觸發(fā)，每秒有大約100,000個事件被篩選出。在第三級別的觸發(fā)中，大約幾百個事件還被保留，提供給后續(xù)分析。如此數(shù)量的數(shù)據(jù)要求向硬盤每秒寫入超過100兆字節(jié)（MB）的信息——每年則至少累積到1千萬億字節(jié)。

所有被永久存儲的事件將經(jīng)歷脫機(jī)事件重構(gòu)（offline event reconstruction），將探測器得到的信號規(guī)律轉(zhuǎn)換成物理對象，例如噴注（jets）、光子和輕子。事件重構(gòu)過程將會大量應(yīng)用網(wǎng)格計算技術(shù)，使得全球范圍不同大學(xué)和實(shí)驗室的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠并行處理高強(qiáng)度的中央處理器任務(wù)，大大減少適合用來進(jìn)行物理分析的原始數(shù)據(jù)的數(shù)量。進(jìn)行這些任務(wù)的軟件已經(jīng)研發(fā)了許多年，當(dāng)實(shí)驗開始進(jìn)行以后，還將不斷更新。

參與該實(shí)驗合作的個人和團(tuán)體可以利用他們自己輸入的程序代碼對收集到的對象數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，在被探測粒子的規(guī)律中尋找某種物理模型或者假想的粒子?；趯αＷ拥募?xì)節(jié)模擬和它們與探測器的相互作用，相關(guān)的研究已經(jīng)在進(jìn)行和測試。這樣的仿真模擬給物理學(xué)家提供了一個良好的靈感，讓他們預(yù)測哪些新粒子會被發(fā)現(xiàn)，以及需要多久的時間來通過足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)予以確認(rèn)。

建造中的ATLAS，圖片拍攝于2004年10月。其當(dāng)前狀態(tài)可以在CERN官方網(wǎng)站查閱。通過畫面背景中的人群，可以知道設(shè)備的尺寸。

歷史上第一臺回旋加速器是由歐內(nèi)斯特·勞倫斯于1931年研制。這臺回旋加速器的半徑只有幾厘米，只能制成大約1MeV能量的粒子。從那時起，為了制成更大能量粒子，加速器技術(shù)進(jìn)步飛速。隨著加速器的不斷升級，它們研究的已知粒子的列表也變得越來越長。描述粒子相互作用最為完整的模型稱為標(biāo)準(zhǔn)模型。除了希格斯玻色子以外，其他所有標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的粒子都已經(jīng)從實(shí)驗中證實(shí)存在。

盡管標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言了夸克、電子以及中微子的存在，它并沒有解釋不同粒子間的質(zhì)量為何有如此大的差別。根據(jù)這一違反“規(guī)律”的事實(shí)，許多粒子物理學(xué)家相信標(biāo)準(zhǔn)模型在能量超過一定界限（約1 TeV）時，標(biāo)準(zhǔn)模型可能會失效。假若觀測到這種超越標(biāo)準(zhǔn)模型的物理行為，物理學(xué)者希望找到一種嶄新模型，能夠復(fù)制標(biāo)準(zhǔn)模型已得到的結(jié)果，又能夠描述更高能量的粒子物理行為。大多數(shù)已經(jīng)提出的理論預(yù)言了新的高質(zhì)量粒子，其中有一些粒子的質(zhì)量較低，可以通過超環(huán)面儀器觀察。

周長27公里的大型強(qiáng)子對撞機(jī)會讓兩束質(zhì)子發(fā)生對撞，每個質(zhì)子具有7 TeV的能量，這能量足以制成具有已知粒子十倍質(zhì)量的粒子（假想這樣的粒子存在）。大型強(qiáng)子對撞機(jī)產(chǎn)生的能量是最早第一臺粒子加速器的7百萬倍，因此它是新一代粒子加速器的典型代表。

粒子加速器制成的高能量粒子必須通過粒子探測器觀察。雖然質(zhì)子撞擊時會發(fā)生有趣的現(xiàn)象，僅僅產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象是不夠的。粒子探測器必需能夠探測這些粒子，測量它們的質(zhì)量、動量、能量、帶電量和自旋。為了辨識粒子束撞擊在相互作用點(diǎn)所制成的每一個粒子，粒子探測器通常必須設(shè)計成類似洋蔥的構(gòu)造。不同類型的探測器組成了不同的檢測層，每一種探測器都專精于檢測某特定種類的粒子。粒子在不同檢測層留下的信息可以用來確認(rèn)粒子的身份，并精確測量其能量和動量。探測器內(nèi)每一檢測層的角色稍后會詳細(xì)研討。當(dāng)加速器產(chǎn)生的粒子的能量增加，相應(yīng)的探測器的量程必須以相當(dāng)?shù)某叨仍鲩L，從而測量更高能量的粒子。截止于2008年，ATLAS是已經(jīng)建成的最大的粒子探測器。

電腦繪制的ATLAS探測器剖視圖展示出內(nèi)部各種設(shè)備。

μ子譜儀：

（1）受監(jiān)控漂移管

（2）薄隙室

磁鐵系統(tǒng)：

（3）端冒環(huán)狀磁鐵

（4）外筒層環(huán)狀磁鐵

內(nèi)部探測器：

（5）躍遷輻射跟蹤器

（6）半導(dǎo)體跟蹤器

（7）像素探測器

量能器：

（8）電磁量能器

（9）強(qiáng)子量能器

ATLAS探測器是由以相互作用點(diǎn)為中心的一系列同中心軸圓柱殼型設(shè)備和其兩端的圓盤型設(shè)備所組成，主要分為四個部分：“內(nèi)部探測器”（Inner Detector）、量能器、μ子譜儀和磁鐵系統(tǒng)。其中每一個部分又細(xì)分為好幾層。各個探測器的功能相互補(bǔ)充 ：內(nèi)部探測器精確地確定粒子的軌跡，量能器測量那些被截止粒子的能量，μ子系統(tǒng)則提供高度穿透性μ子的額外測量數(shù)據(jù)。磁鐵系統(tǒng)所產(chǎn)生的磁場促使帶電粒子在移動于內(nèi)部探測器時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，μ子譜儀可以從偏轉(zhuǎn)的曲率測得這些粒子的動量。

中微子是唯一不能直接被探測到的已知穩(wěn)定粒子；從仔細(xì)分析被探測到的粒子的動量不平衡現(xiàn)象，可以推斷出中微子的存在。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，探測器必須是密封探測器，并必須探測到所有除了中微子以外的粒子，避免存在有任何探測盲點(diǎn)。保持探測器在質(zhì)子束附近的高輻射區(qū)具有良好性能，這是工程學(xué)的一個極大挑戰(zhàn)。

超環(huán)面儀器內(nèi)部探測器

內(nèi)部探測器的內(nèi)圓柱面始于距離質(zhì)子束軸幾厘米的位置，而外圓柱面則向外延伸至1.2m半徑，在質(zhì)子束軸方向總長度為7m。通過探測散射出的帶電粒子與在各個不同位置的材料的相互作用，可以跟蹤這些粒子的運(yùn)動，這是內(nèi)部探測器的基本功能，所獲得的數(shù)據(jù)能夠揭示粒子的種類及其動量方面的細(xì)節(jié)信息。由于內(nèi)部探測器沉浸于2Tesla磁場，移動于其空間的帶電粒子會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其方向顯示了帶電粒子的電性，其角度則顯示了粒子的動量大小。根據(jù)軌跡的起點(diǎn)可以給粒子身份確認(rèn)提供有用的信息。例如，假若一系列粒子軌跡的初始點(diǎn)不是質(zhì)子與質(zhì)子的碰撞點(diǎn)，這就標(biāo)志著這些粒子是源于底夸克的衰變。

內(nèi)部探測器具有三個部分，下面將予以詳細(xì)說明。

像素探測器

像素探測器（Pixel Detector）是該探測器最里面的部分，包含了三個筒形層，在兩端的端帽（end-cap）分別有三個圓盤。對于每個粒子軌跡可以給出三個精確位置。在這些筒形層與圓盤上面，總共裝有1,744個同樣的模塊。每個模塊可以測量2cm×6cm的面積，其探測材料是由厚度為250μm的硅構(gòu)成。每個模塊包含16個用于讀出數(shù)據(jù)的芯片和其他相關(guān)電子元件。探測的最小單位是1個像素，尺寸為50μm×400μm。每個模塊含有47,268像素，專門設(shè)計用來在相互作用點(diǎn)附近精確跟蹤粒子，又有16個內(nèi)嵌的、用于讀出數(shù)據(jù)的芯片和其他相關(guān)電子元件。像素探測器總共有超過8千萬個數(shù)據(jù)讀出通道，是讀出通道總數(shù)的一半，如此龐大的規(guī)模在設(shè)計和工程方面造成了巨大挑戰(zhàn)。除此之外，由于像素探測器離相互作用點(diǎn)很近，會暴露于強(qiáng)烈輻射，這是另一個巨大挑戰(zhàn)。該探測器的每一個元件都必須進(jìn)行強(qiáng)化，從而能夠抵抗核輻射，在接受大量輻射之后還能保持正常工作。為了降低幅射線的損害，溫度必需保持在-6°C左右。

半導(dǎo)體跟蹤器

半導(dǎo)體跟蹤器（Semiconductor Tracker, SCT）是內(nèi)部探測器的中間部分。它含有四個筒形層，在兩端的端帽分別含有九個圓盤。對于每個粒子軌跡它可以給出至少四個精確位置；筒形層總共裝有2,122個相同模塊，而圓盤總共裝有1,976個模塊，大約分為三種不同類型。

半導(dǎo)體跟蹤器的概念和功能與像素探測器相似，但是最小單位的形狀不是微小像素，而是窄長細(xì)條。每個細(xì)條可以測量80μm×12.6cm的范圍，測量面積比較大，比較符合經(jīng)濟(jì)效益。每個筒形層模塊裝有兩層長方形硅傳感器。每個傳感器含有768個窄長細(xì)條，可以測量62mm×124mm的面積。圓盤模塊裝有兩層楔子形硅傳感器。每個傳感器含有768個高窄梯形細(xì)條，高度有6cm或12cm兩種，窄度從55μm到95μm。半導(dǎo)體跟蹤器總共具有620萬個讀出數(shù)據(jù)通道，總測量面積達(dá)到61m。

由于半導(dǎo)體跟蹤器測量粒子的范圍比像素探測器更大，具有更多的采樣點(diǎn)，大致相等的（雖然是一維的）精確度，對于基本跟蹤散設(shè)粒子在垂直于粒子束的平面的運(yùn)動，它是內(nèi)部探測器的最關(guān)鍵儀器。

躍遷輻射跟蹤器2005年9月，躍遷輻射跟蹤器的筒形層部分已經(jīng)在地面組裝完畢，正在利用宇宙線進(jìn)行測試。

躍遷輻射跟蹤器（Transition Radiation Tracker, TRT）是內(nèi)部探測器的最外面部分，是由麥管跟蹤器（straw tracker）和躍遷輻射探測器共同結(jié)合而成的儀器。躍遷輻射跟蹤器主要有兩個功能：第一是準(zhǔn)確地跟蹤帶電粒子。第二是正確地辨識電子。

躍遷輻射跟蹤器的探測原件是漂移管（麥管），直徑為4mm。長度有144cm（筒形層部分）與37cm（端帽部分）兩種麥管。躍遷輻射跟蹤器總共擁有298,000條麥管。每個粒子軌跡會穿過平均35條麥管。軌跡位置測量的不確定度大約是200μm。雖然精確度不如前面所述的兩種探測器，但為了降低覆蓋大體積以及獲得躍遷輻射探測能力這兩種因素所帶來的高額成本，這較低的精確度是必要的犧牲。每一條麥管里都充滿了氙氣體混合物，當(dāng)帶電粒子經(jīng)過時，氣體混合物會被離子化。麥管保持著-1500V電壓，迫使陰離子朝著位于麥管中心軸的細(xì)導(dǎo)線移動，從而產(chǎn)生電流脈沖（信號）于鍍金的細(xì)鎢導(dǎo)線。分析這些出現(xiàn)脈沖信號的導(dǎo)線所形成的圖案，就可以確定離子運(yùn)動的軌跡。

在筒形層部分相鄰麥管之間的空間，填滿了聚丙烯纖維。在端帽部分，相鄰麥管層之間，安插了聚丙烯箔紙層。當(dāng)運(yùn)動速度接近光速的超相對論性帶電粒子通過不同折射率材料的界面時，會產(chǎn)生躍遷輻射光子。這主要是發(fā)生在聚丙烯材料與空氣的界面。通常，在躍遷輻射跟蹤器里，由電子產(chǎn)生的光子會在麥管給出較高的能量（～8-10keV)，而由π介子產(chǎn)生的光子會給出較低的能量（～2keV）。因此，設(shè)定適當(dāng)?shù)哪芰块撝担ā?keV），從計算每個粒子由于躍遷輻射而給出光子能量超過閾值的次數(shù)，可以有效地辨識出這粒子是否為超相對論性電子。

超環(huán)面儀器量能器

拍攝于2005年9月，強(qiáng)子量能器的主要筒形部分，正在等待被移入環(huán)狀磁體內(nèi)。拍攝于2006年2月，強(qiáng)子量能器的延伸筒形部分，正在等待被置入。強(qiáng)子量能器延伸筒形部分的彩色圖像。

載有電流的螺線管包圍在內(nèi)部探測器的外面，而量能器又包圍在螺線管的外面。設(shè)置量能器的目的是通過吸收粒子來測量它們的能量。這里有兩種基本的量能系統(tǒng)：靠里的是“電磁量能器”，靠外的是“強(qiáng)子量能器”。二者都屬于“采樣式量能器”（sampling calorimeters）。在采樣式量能器里，吸收粒子能量產(chǎn)生粒子簇射的材料與與測量簇射能量的材料不同，并且隔開在不同的區(qū)域。這樣，可以選擇最具指定功能的材料。例如，高密度金屬可以在有限空間吸收粒子能量產(chǎn)生大量的粒子簇射，但這物質(zhì)不適用于測量粒子簇射所具有的能量。采樣式量能器的缺點(diǎn)是，有些能量沒有被測量到，因此，必須估計整體簇射能量。

電磁量能器（electromagnetic calorimeter）從涉及電磁作用的粒子中吸收能量，這包括了帶電粒子和光子。電磁量能器在測量能量吸收和能量分布位置這兩個方面都具有很高的精確度。粒子軌道和探測器入射粒子束軸之間的角度（確切地講叫贗快度），以及其與垂直平面之間的夾角，測量的精確度都可以達(dá)到大約0.025弧度。用于吸收能量產(chǎn)生粒子簇射的材料是鉛，而采樣的材料則是液態(tài)氬。為了促使系統(tǒng)足夠冷卻，電磁量能器必須安裝在低溫恒溫器里面。

那些能夠穿透電磁量能器，但會感受到強(qiáng)作用力的粒子（大多是強(qiáng)子），強(qiáng)子量能器（hadron calorimeter）會吸收它們的能量。強(qiáng)子量能器在測量能量吸收以及能量分布位置（大約只能精確到0.1弧度）這兩個方面的精確度都稍低。用于吸收能量的材料是鋼，通過閃爍磚片來采集能量數(shù)據(jù)。量能器的許多性能都綜合考慮到成本和效率（即費(fèi)效，cost-effectiveness）。這套設(shè)備的體積很大，使用了大量的建筑材料。量能器的主要部分，即“閃爍磚片量能器”（scintillating tile calorimeter），內(nèi)半徑為2.28m，外半徑為4.25m，在粒子束軸向覆蓋距離達(dá)12m。

超環(huán)面儀器μ子譜儀

正在組裝中的μ子譜儀的銀灰色“受監(jiān)控漂移管”（monitored drift tube），其主要功能為測量軌跡徑向坐標(biāo)與動量。

μ子譜儀（muon spectrometer）是一個體積極大的軌跡跟蹤系統(tǒng)，其筒型部分占有空間從量能器外面，半徑大約為4.25m處開始，一直延伸到超環(huán)面儀器最外層，即半徑大約為11m處，其端帽部分最外層（受監(jiān)控漂移管）與相互作用點(diǎn)之間的距離為21m。μ子譜儀必需具備有巨大的體積，才能夠精確測量μ子的動量，這些μ子已經(jīng)穿過了超環(huán)面儀器的其他設(shè)備。這一步驟很重要，因為這些μ子的探測是一系列有趣物理過程的關(guān)鍵，假設(shè)在一個事件中有些μ子被忽略，則事件的總能量將不可能被精確地測量出來。

μ子譜儀和內(nèi)部探測器的工作方式相似，可以通過被磁場偏轉(zhuǎn)的μ子軌跡來確定其動量；不過，對于這過程，μ子譜儀所使用的磁鐵構(gòu)型有所不同，空間精確度相較更低，體積卻大得很多。

μ子譜儀也是個觸發(fā)器（trigger），能夠按照簡單判據(jù)快速地決定，哪些事件比較有價值，應(yīng)該被記錄下來，哪些事件與實(shí)驗?zāi)繕?biāo)無關(guān)，應(yīng)該被忽略。μ子譜儀具有單純識別μ子的功能。μ子譜儀大約擁有1百萬讀出通道，其各個探測器層總面積達(dá)到12,000m。

超環(huán)面儀器磁鐵系統(tǒng)

拍攝于2006年11月，正在建造中的位于外筒層的環(huán)狀磁鐵系統(tǒng)。八個不銹鋼真空容管將載有電流的超導(dǎo)線圈緊包在內(nèi)，容管的外表油漆了橘色條紋圖案。這磁鐵系統(tǒng)是由一系列正八邊形內(nèi)金屬架與外金屬架共同鞏固與支撐。

ATLAS探測器的磁鐵系統(tǒng)細(xì)分為四個部分，在里層的螺線管磁鐵、在外筒層的環(huán)狀磁鐵、在兩個端帽的環(huán)狀磁鐵。這個磁鐵系統(tǒng)的長度有26米、直徑有20米，共存儲了1.6千兆焦耳（gigajoule）的能量。它會促使帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而讓其他儀器測定它們的動量。這運(yùn)動偏轉(zhuǎn)是由于帶電粒子受到了洛倫茲力，這個力的大小與粒子的運(yùn)動速度成正比。由于LHC的質(zhì)子碰撞所產(chǎn)生的每個粒子都會以接近光速的速度運(yùn)動，因此不同動量粒子所感受到的力大小相等。根據(jù)相對論，當(dāng)粒子運(yùn)動速度接近光速時，動量和速度并不成正比；高動量粒子會發(fā)生些微偏轉(zhuǎn)，而低動量粒子會發(fā)生顯著偏轉(zhuǎn)，通過測量軌跡可以定量曲率，從而確定粒子的動量。

載有電流的超導(dǎo)螺線管會在內(nèi)部探測器的相互作用點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生相當(dāng)均勻的2特斯拉軸向磁場，直到兩端區(qū)域才降低至0.5特斯拉軸向磁場。這軸向磁場大致與徑向距離無關(guān)。這強(qiáng)磁場使得即使高能量粒子也能夠發(fā)生足夠明顯的偏轉(zhuǎn)，從而可以確定它們的動量。這強(qiáng)磁場接近均勻的方向和強(qiáng)度使得測量結(jié)果非常精確。大約400MeV以下的粒子會強(qiáng)烈地偏轉(zhuǎn)，它們會在磁場中反復(fù)回旋，這樣它們將不會被測量到。然而，這能量級別與質(zhì)子撞擊產(chǎn)生的幾TeV能量級別的粒子能量相比，卻非常小。

外筒層環(huán)狀磁鐵是由8個空心超導(dǎo)線圈組成，主要功能是為μ子系統(tǒng)產(chǎn)生大約0.5特斯拉環(huán)狀磁場。粒子的運(yùn)動軌跡與環(huán)狀磁場之間呈大約直角關(guān)系。定義磁場的“彎曲本領(lǐng)”為；其中，是磁場垂直于粒子移動路徑的分量、是微小路徑元素、是粒子在探測區(qū)域里的路徑。那么，在探測區(qū)域里，彎曲本領(lǐng)可以保持很高數(shù)值。這對于粒子的動量測量非常重要。

兩個端帽的環(huán)狀磁鐵也是由8個的空心磁芯超導(dǎo)線圈組成，主要功能是為μ子系統(tǒng)提供最佳彎曲本領(lǐng)的磁場，滿足這前提，在這區(qū)域的環(huán)狀磁場大約為1特斯拉。彎曲本領(lǐng)大約為1-7.5Tm（特斯拉·米）。稍加比較，螺線管磁鐵可給出大約1.5-5.5Tm的彎曲本領(lǐng)。

超環(huán)面儀器前方的探測器

ATLAS探測器的測量還會通過位于前方區(qū)域的一系列探測器補(bǔ)充。這些探測器被放置在LHC隧道中遠(yuǎn)離相互作用點(diǎn)的位置。測量極小角度彈性散射（elastic scattering）的基本思路是為了了解ATLAS相互作用點(diǎn)的絕對光度。

圓環(huán)面的中間平面是垂直于蝸輪軸線并包含蝸桿副連心線的平面。

中文名稱

圓環(huán)面的中間平面

英文名稱

midplane of the toroid

定　　義

圓環(huán)面的對稱平面，它包含中性圓，并與軸線相交。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），傳動（二級學(xué)科），齒輪傳動（三級學(xué)科）

取樣槍在電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的帶動下，貫穿煤粉管道取樣截面的整個直徑，根據(jù)等圓環(huán)面積法。離管壁越近煤粉通過量就越大，停留的時間就越長；而離管的中心越近煤粉通過量就越小，停留時間越短，管中心煤粉通過量可視為零。實(shí)踐證明煤粉取樣按等圓環(huán)面積法，所取得的樣品最具有代表性。如圖1所示 等圓環(huán)面積法