कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड

सघन म्यूऑन सोलनॉइड (सीएमएस) प्रयोग स्विट्ज़रलैंड और फ्रांस में सीईआरएन में लार्ज हैड्रान कोलाइडर (एलएचसी) पर निर्मित दो बड़े सामान्य-उद्देश्य कण भौतिकी कण सूचक में से है। सीएमएस प्रयोग का लक्ष्य भौतिकी की विस्तृत श्रृंखला की जांच करना है, जिसमें हिग्स बॉसन, अतिरिक्त आयाम और ऐसे कण सम्मिलित हैं जो गहरे द्रव्य बना सकते हैं।

सीएमएस 21 मीटर लंबा, 15 मीटर व्यास वाला और इसका भार लगभग 14,000 टन है। इस प्रकार 206 वैज्ञानिक संस्थानों और 47 देशों का प्रतिनिधित्व करने वाले 4,000 से अधिक लोग सीएमएस सहयोग बनाते हैं जिन्होंने इस प्रकार सूचक का निर्माण किया और अब इसे संचालित करते हैं। यह जिनेवा, स्विट्जरलैंड की सीमा के पार फ्रांस में सेसी में गुफा में स्थित है। इस प्रकार जुलाई 2012 में, एटलस प्रयोग के साथ, सीएमएस ने अंतरिम रूप से हिग्स बॉसन की खोज की थी।  मार्च 2013 तक इसके अस्तित्व की पुष्टि हो गई थी।

पृष्ठभूमि
हाल के कोलाइडर प्रयोग जैसे कि अब विघटित एलईपी या लार्ज इलेक्ट्रॉन-पोजीट्रान कोलाइडर और सीईआरएन में नव पुनर्निर्मित लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी), साथ ही साथ फर्मिलैब में हाल ही में बंद किए गए टेवाट्रॉन ने कण भौतिकी के मानक मॉडल में उल्लेखनीय अंतर्दृष्टि और सटीक परीक्षण प्रदान किए हैं। इस प्रकार इन प्रयोगों की प्रमुख उपलब्धि (विशेष रूप से एलएचसी की गई हैं) मानक मॉडल हिग्स बोसोन के अनुरूप कण की खोज है, हिग्स तंत्र से उत्पन्न कण, जो प्राथमिक कणों के द्रव्यमान के लिए स्पष्टीकरण प्रदान करता है।

चूंकि अभी भी कई सवाल हैं जिनका भविष्य के कोलाइडर प्रयोगों से उत्तर मिलने की उम्मीद है। इस प्रकार इनमें उच्च ऊर्जा पर मानक मॉडल के गणितीय व्यवहार में अनिश्चितताएं, डार्क मैटर (सुपरसिमेट्री सहित) के प्रस्तावित सिद्धांतों के परीक्षण और ब्रह्मांड में देखे गए पदार्थ और एंटीमैटर के सीपी उल्लंघन के कारण सम्मिलित हैं।

भौतिकी लक्ष्यों
प्रयोग के मुख्य लक्ष्य हैं:
 * टीईवी पैमाने पर भौतिकी का पता लगाने के लिए किया जाता हैं।
 * सीएमएस और एटलस प्रयोग द्वारा पहले से ही खोजे गए हिग्स बोसोन के गुणों का और अध्ययन करने के लिए किया जाता हैं।
 * मानक मॉडल से परे भौतिकी के प्रमाणों को देखने के लिए, जैसे कि सुपरसिमेट्री, या अतिरिक्त आयाम हैं।
 * भारी आयन संघट्टों के पहलुओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता हैं।

एलएचसी वलय के दूसरी ओर एटलस प्रयोग को समान लक्ष्यों को ध्यान में रखते हुए संरचना किया गया है, और दो प्रयोगों को पहुँच बढ़ाने और निष्कर्षों की पुष्टि प्रदान करने के लिए दूसरे के पूरक के लिए संरचित किया गया है। इस प्रकार सीएमएस और एटलस प्रयोग लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए अपने सूचक चुंबक प्रणाली के विभिन्न तकनीकी समाधानों और संरचना का उपयोग करते हैं।

सूचक सारांश
सीएमएस को सामान्य-उद्देश्य वाले सूचक के रूप में संरचना किया गया है, जो 0.9–13 TeV पर प्रोटॉन संघट्ट के कई पहलुओं का अध्ययन करने में सक्षम है, विशेष सापेक्षता या बड़े हैड्रोन कोलाइडर कण त्वरक की द्रव्यमान ऊर्जा उपलब्ध हैं।

सीएमएस सूचक विशाल सोलेन्वाय्ड चुंबक के चारों ओर बनाया गया है। यह उपचालक केबल के बेलनाकार कुंडल का रूप लेता है जो 4 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करता है, जो पृथ्वी के लगभग 100 000 गुना है। इस प्रकार चुंबकीय क्षेत्र स्टील 'योक' द्वारा सीमित है जो सूचक के 12 500 टन वजन का बड़ा भाग बनाता है। सीएमएस सूचक की असामान्य विशेषता यह है कि एलएचसी प्रयोगों के अन्य विशाल सूचकों के समान इन-सीटू भूमिगत बनाने के अतिरिक्त, इसे सतह पर बनाया गया था, इन 15 खंडों में भूमिगत होने से पहले और फिर से जोड़ा गया था।

इसमें सबसिस्टम होते हैं जो फोटॉन, इलेक्ट्रॉनों, म्यूऑन और संघट्ट के अन्य उत्पादों की ऊर्जा और गति को मापने के लिए संरचना किए गए हैं। अंतरतम परत सिलिकॉन आधारित ट्रैकर है। इस प्रकार इसके चारों ओर सिंटिलेशन (भौतिकी) सीडिया विद्युत चुम्बकीय कैलोरीमीटर (कण भौतिकी) है, जो स्वयं हैड्रॉन के लिए नमूना कैलोरीमीटर से घिरा हुआ है। इस प्रकार ट्रैकर और कैलोरीमेट्री सीएमएस सोलनॉइड के अंदर फिट होने के लिए पर्याप्त सघन हैं जो 3.8 टेस्ला (यूनिट) का शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। चुंबक के बाहर बड़े म्यूऑन सूचक होते हैं, जो चुंबक के रिटर्न योक के अंदर होते हैं।

परतों द्वारा सीएमएस
सीएमएस सूचक के बारे में पूर्ण तकनीकी विवरण के लिए, कृपया तकनीकी संरचना रिपोर्ट देखें।

संयोजन बिंदु
यह सूचक के केंद्र में वह बिंदु है जिस पर लार्ज हैड्रोन कोलाइडर के दो काउंटर-रोटेटिंग बीम के बीच प्रोटॉन-प्रोटॉन संघट्ट होते हैं। सूचक मैग्नेट के प्रत्येक छोर पर बीम को संयोजन बिंदु में फोकस करते हैं। संघट्ट के समय प्रत्येक बीम की त्रिज्या 17 μm होती है और बीमों के बीच क्रॉसिंग कोण 285 μrad होता है।

पूर्ण संरचना प्रकाश प्रकीर्णन सिद्धांत में दो एलएचसी बीमों में से प्रत्येक में 2,808 समूह में $1.15$ प्रोटॉन होंगे। क्रॉसिंग के बीच का अंतराल 25 एनएस है, चूंकि इंजेक्टर मैग्नेट के सक्रिय और निष्क्रिय होने के कारण बीम में अंतराल के कारण प्रति सेकंड संघट्टों की संख्या केवल 31.6 मिलियन है।

इस प्रकार पूर्ण चमक पर प्रत्येक संघट्ट औसत 20 प्रोटॉन-प्रोटॉन इंटरैक्शन का उत्पादन करता हैं। इस कारण संघट्ट 8 टीईवी की द्रव्यमान ऊर्जा के केंद्र में होते हैं। किन्तु, यह ध्यान देने योग्य है कि इलेक्ट्रोवीक स्केल पर भौतिकी के अध्ययन के लिए, प्रकीर्णन की घटनाएं प्रत्येक प्रोटॉन से क्वार्क या ग्लूऑन द्वारा प्रारंभ की जाती हैं, और इस प्रकार इसलिए प्रत्येक संघट्ट में सम्मिलित वास्तविक ऊर्जा द्रव्यमान ऊर्जा के कुल केंद्र के रूप में कम होगी। इन क्वार्कों और ग्लून्स द्वारा साझा किया जाता है (पार्टन वितरण कार्यों द्वारा निर्धारित किया गया हैं)।

सितंबर 2008 में चला पहला परीक्षण 10 TeV की कम संघट्ट ऊर्जा पर संचालित होने की आशा थी किन्तु इसे 19 सितंबर 2008 के बंद होने से रोक दिया गया था। जब इस लक्ष्य स्तर पर, प्रत्येक बीम में कम प्रोटॉन बंच और कम प्रोटॉन प्रति समूह दोनों के कारण, एलएचसी में अधिक कम चमक प्राप्त होती हैं। इस प्रकार घटी हुई समूह आवृत्ति क्रॉसिंग कोण को शून्य तक कम करने की अनुमति देती है, क्योंकि प्रायोगिक बीमपाइप में द्वितीयक संघट्टों को रोकने के लिए समूहों के बीच पर्याप्त दूरी होती है।

लेयर 1 – ट्रैकर
संघट्ट के केंद्र में घटनाओं की तस्वीर बनाने में हमारी सहायता करने के लिए कणों का संवेग महत्वपूर्ण है। इस कारण कण की गति की गणना करने का तरीका चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से अपने पथ को ट्रैक करना है, पथ जितना घुमावदार होगा, कण का संवेग उतना ही कम होगा। इस प्रकार सीएमएस ट्रैकर आवेशित कणों द्वारा लिए गए पथों को कई प्रमुख बिंदुओं पर उनकी स्थिति का पता लगाकर रिकॉर्ड करता है।

ट्रैकर उच्च-ऊर्जा म्यूऑन, इलेक्ट्रॉन और हैड्रॉन (क्वार्क से बने कण) के पथ का पुनर्निर्माण कर सकता है और साथ ही बहुत कम समय तक रहने वाले कणों जैसे सौंदर्य या "बी क्वार्क" के क्षय से आने वाले ट्रैक भी देख सकता है जिसका उपयोग किया जाता हैं। इस प्रकार इस पदार्थ और प्रतिपदार्थ के बीच अंतर का अध्ययन करते हैं।

ट्रैकर को कण पथों को सटीक रूप से रिकॉर्ड करने की आवश्यकता होती है, फिर भी यह हल्का होना चाहिए जिससे कि कण को ​​​​जितना संभव हो उतना कम परेशान किया जा सके। यह स्थिति माप को इतना सटीक लेकर ऐसा करता है कि केवल कुछ माप बिंदुओं का उपयोग करके पटरियों को मज़बूती से फिर से बनाया जा सकता है। इस प्रकार प्रत्येक माप 10 माइक्रोमीटर तक सटीक होता है, जो मानव बाल की चौड़ाई का अंश है। यह सूचक की सबसे भीतरी परत भी है और इस प्रकार इसलिए कणों की उच्चतम मात्रा प्राप्त करता है: इसलिए निर्माण सामग्री को विकिरण का प्रतिरोध करने के लिए सावधानी से चुना गया था। इस प्रकार सीएमएस ट्रैकर पूर्ण रूप से सिलिकॉन से बना है: पिक्सेल, सूचक के बहुत मूल में और कणों की उच्चतम तीव्रता से निपटने के लिए किया जाता हैं और माइक्रोस्ट्रिप सूचक जो इसे घेरे हुए हैं। जैसे-जैसे कण ट्रैकर के माध्यम से यात्रा करते हैं, पिक्सेल और माइक्रोस्ट्रिप्स छोटे विद्युत संकेतों का उत्पादन करते हैं जो प्रवर्धित और पहचाने जाते हैं। इस प्रकार ट्रैकर 75 मिलियन अलग-अलग इलेक्ट्रॉनिक रीड-आउट चैनलों के साथ टेनिस कोर्ट के आकार के क्षेत्र को कवर करने वाले सेंसर का उपयोग करता है: पिक्सेल सूचक में प्रति वर्ग सेंटीमीटर लगभग 6,000 संयोजन होते हैं।

सीएमएस सिलिकॉन ट्रैकर में मध्य क्षेत्र में 14 परतें और एंडकैप्स में 15 परतें होती हैं। सबसे भीतरी चार परतें (16 सेमी त्रिज्या तक) में 100 × 150 माइक्रोन पिक्सेल होते हैं, कुल मिलाकर 124 मिलियन व्याप्त हैं। पिक्सेल सूचक को 2017 में सीएमएस चरण-1 अपग्रेड के भाग के रूप में अपग्रेड किया गया था, जिसने बैरल और एंडकैप दोनों में अतिरिक्त परत जोड़ी और अंतरतम परत को 1.5 सेंटीमीटर बीमलाइन के समीप स्थानांतरित कर दिया गया हैं। इस प्रकार अगली चार परतें (55 सेमी त्रिज्या तक) में सम्मिलित हैं 10 cm × 180 μm सिलिकॉन स्ट्रिप्स को इसके पश्चात शेष छह परतें 25 cm × 180 μm स्ट्रिप्स, 1.1 मीटर की सीमा में बाहर कुल 9.6 मिलियन स्ट्रिप चैनल हैं।

पूर्ण प्रकाशमान संघट्टों के समय प्रति घटना पिक्सेल परतों का अधिभोग 0.1% और स्ट्रिप परतों में 1-2% होने की उम्मीद है। अपेक्षित हाई ल्यूमिनोसिटी लार्ज हैड्रोन कोलाइडर या एचएल-एलएचसी अपग्रेड से संयोजन की संख्या उस बिंदु तक बढ़ जाएगी जहां ओवर-ऑक्यूपेंसी ट्रैकफाइंडिंग प्रभावशीलता को अधिक कम कर देगी। इस प्रकार ट्रैकर के प्रदर्शन और विकिरण सहनशीलता को बढ़ाने के लिए अपग्रेड की योजना बनाई गई है।

सूचक का यह भाग दुनिया का सबसे बड़ा सिलिकॉन सूचक है। इसमें 2052 मीटर है सिलिकॉन सेंसर (लगभग टेनिस कोर्ट का क्षेत्रफल) 9.3 मिलियन माइक्रोस्ट्रिप सेंसर में 76 मिलियन चैनल सम्मिलित हैं।

परत 2 - विद्युतचुंबकीय कैलोरीमीटर
विद्युत चुम्बकीय कैलोरीमीटर (ईसीएएल) को उच्च सटीकता के साथ इलेक्ट्रॉनों और फोटोन की ऊर्जा को मापने के लिए संरचना किया गया है।

ईसीएएल का निर्माण लीड टंगस्टेट, Pb4WO के क्रिस्टल से किया गया है, यह अत्यधिक सघन किन्तु ऑप्टिकल रूप से स्पष्ट सामग्री है, जो उच्च ऊर्जा कणों को रोकने के लिए आदर्श है। लीड टंगस्टेट क्रिस्टल मुख्य रूप से धातु का बना होता है और स्टेनलेस स्टील से भारी होता है, किन्तु इस क्रिस्टलीय रूप में ऑक्सीजन के स्पर्श के साथ यह अत्यधिक पारदर्शी और सिंटिलेटर होता है जब इलेक्ट्रॉन और फोटॉन इससे गुजरते हैं। इसका मतलब है कि यह कण की ऊर्जा के अनुपात में प्रकाश पैदा करता है। इस प्रकार ये उच्च-घनत्व क्रिस्टल तेज, लघु, अच्छी तरह से परिभाषित फोटॉन फटने में प्रकाश उत्पन्न करते हैं जो सटीक, तेज और अधिक सघन सूचक की अनुमति देते हैं। इसकी विकिरण लंबाई χ0= 0.89 सेमी है, और क्रॉसिंग टाइम (25 ns) के भीतर 80% लाइट यील्ड के साथ तेज़ लाइट यील्ड है। चूंकि यह घटना ऊर्जा के प्रति मेव 30 फोटॉन की अपेक्षाकृत कम प्रकाश उपज द्वारा संतुलित है। उपयोग किए गए क्रिस्टल का सामने का आकार 22 मिमी × 22 मिमी और 230 मिमी की गहराई है। उन्हें वैकल्पिक रूप से पृथक रखने के लिए कार्बन फाइबर के आव्यूह में समूह किया गया है, और रीडआउट के लिए सिलिकॉन हिमस्खलन फोटोडायोड द्वारा समर्थित है।

ईसीएएल, बैरल खंड और दो एंडकैप्स से बना है, ट्रैकर और एचसीएएल के बीच परत बनाता है। इस प्रकार बेलनाकार बैरल में 61,200 क्रिस्टल होते हैं जो 36 सुपरमॉड्यूल में बनते हैं, प्रत्येक का वजन लगभग तीन टन होता है और इसमें 1,700 क्रिस्टल होते हैं। फ्लैट ईसीएएल एंडकैप बैरल को किसी भी छोर पर बंद कर देता है और लगभग 15,000 और क्रिस्टल से बना होता है।

अतिरिक्त स्थानिक सटीकता के लिए, ईसीएएल में प्रीशॉवर सूचक भी होते हैं जो एंडकैप्स के सामने बैठते हैं। ये सीएमएस को एकल उच्च-ऊर्जा फोटॉन (अधिकांशतः रोमांचक भौतिकी के संकेत) और कम-ऊर्जा फोटॉन के कम रोचक समीपी संयोजनों के बीच अंतर करने की अनुमति देते हैं।

इस प्रकार एंडकैप्स पर ईसीएएल आंतरिक सतह को प्रीशॉवर उपसूचक द्वारा कवर किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन स्ट्रिप सूचकों की दो परतों के साथ सीसे की दो परतें होती हैं। इसका उद्देश्य पियॉन फोटॉन भेदभाव में सहायता करना है।

परत 3 - हैड्रोनिक कैलोरीमीटर
हैड्रॉनिक कैलोरीमीटर (एचसीएएल) हैड्रोन, क्वार्क और ग्लूऑन से बने कणों (उदाहरण के लिए प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, पियोन और काओन) की ऊर्जा को मापता है। इसके अतिरिक्त यह न्युट्रीनो जैसे गैर-अंतःक्रियात्मक, अपरिवर्तित कणों की उपस्थिति का अप्रत्यक्ष माप प्रदान करता है।

एचसीएएल में प्लास्टिक सिंटिलेशन (भौतिकी) की टाइलों के साथ इंटरलीव्ड सघन सामग्री (पीतल या इस्पात ) की परतें होती हैं, जिसे हाइब्रिड फोटोडायोड्स द्वारा तरंग दैर्ध्य-शिफ्टिंग फाइबर के माध्यम से पढ़ा जाता है। यह संयोजन चुंबक कुंडली के अंदर अवशोषित सामग्री की अधिकतम मात्रा की अनुमति देने के लिए निर्धारित किया गया था।

उच्च छद्मता क्षेत्र $$\scriptstyle (3.0 \;<\; |\eta| \;<\; 5.0)$$ हैड्रोनिक फॉरवर्ड (एचएफ) सूचक द्वारा यंत्रबद्ध किया गया है। इस प्रकार संयोजन बिंदु के दोनों ओर 11 मीटर स्थित, यह रीडआउट के लिए स्टील अवशोषक और क्वार्ट्ज फाइबर की थोड़ी अलग तकनीक का उपयोग करता है, जिसे इन समूह के आगे के क्षेत्र में कणों के उत्तम पृथक्करण की अनुमति देने के लिए संरचना किया गया है। सीएमएस में सापेक्ष ऑनलाइन चमक प्रणाली को मापने के लिए एचएफ का भी उपयोग किया जाता है।

एचसीएएल के एंडकैप में उपयोग होने वाले लगभग आधे पीतल में रूसी तोपखाने के गोले हुआ करते थे।

परत 4 - चुंबक
सीएमएस चुंबक केंद्रीय उपकरण है जिसके चारों ओर प्रयोग बनाया गया है, जिसमें 4 टेस्ला चुंबकीय क्षेत्र है जो पृथ्वी की तुलना में 100,000 गुना अधिक शक्तिशाली है। सीएमएस में बड़ा सोलनॉइड चुंबक होता है। यह कणों के आवेश/द्रव्यमान अनुपात को घुमावदार ट्रैक से निर्धारित करने की अनुमति देता है जिसका वे चुंबकीय क्षेत्र में अनुसरण करते हैं। यह 13 मीटर लंबा और 6 मीटर व्यास का है, और इसके प्रशीतित उपचालक नाइओबियम-टाइटेनियम कुंडली मूल रूप से 4 टेस्ला (यूनिट) चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए थे। इस प्रकार इस दीर्घायु को अधिकतम करने के लिए ऑपरेटिंग क्षेत्र को पूर्ण संरचना शक्ति के अतिरिक्त 3.8T तक घटाया गया था। इस प्रकार चुंबक का अधिष्ठापन 14 हेनरी या Η है और 4 टेस्ला (यूनिट) के लिए नाममात्र का धारा 19,500 एम्पेयर है, जो 2.66 गीगाजूल की कुल संग्रहित ऊर्जा देता है, जो लगभग आधा टन टीएनटी समकक्ष के बराबर है। इस ऊर्जा को सुरक्षित रूप से नष्ट करने के लिए डंप परिपथ हैं जो चुंबक उपचालक चुंबक बुझाते हैं। इस प्रकार परिपथ प्रतिरोध (अनिवार्य रूप से केवल पावर कन्वर्टर से क्रियोस्टैट तक के केबल) का मान 0.1 mΩ होता है जो लगभग 39 घंटे के परिपथ समय स्थिरांक की ओर जाता है। यह सीईआरएन में किसी भी परिपथ का सबसे लंबा समय नियतांक है। 3.8 टेस्ला (यूनिट) के लिए ऑपरेटिंग धारा 18,160 एम्पीयर है, जो 2.3 गीगाजूल की संग्रहित ऊर्जा देता है।

इस प्रकार बड़े चुम्बक का काम एलएचसी में उच्च-ऊर्जा संघट्टों से निकलने वाले कणों के पथ को मोड़ना है। किसी कण का संवेग जितना अधिक होता है, चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उसका पथ उतना ही कम घुमावदार होता है, इसलिए उसके पथ का पता लगाने से संवेग का माप मिलता है। इस प्रकार सीएमएस के प्रारंभ सबसे शक्तिशाली संभव चुंबक होने के उद्देश्य से हुई क्योंकि उच्च शक्ति क्षेत्र पथों को अधिक मोड़ देता है और ट्रैकर और म्यूऑन सूचकों में उच्च-परिशुद्धता स्थिति मापन के साथ मिलकर, यह उच्च-ऊर्जा कणों की गति के सटीक माप की अनुमति देता है।

ट्रैकर और कैलोरीमीटर सूचक (ईसीएएल और एचसीएएल) चुंबक कुंडली के अंदर अच्छी तरह से फिट होते हैं, जबकि म्यूऑन सूचक 12 विमाओं से रहित लोहे की संरचना से जुड़े होते हैं जो चुंबक कुंडली को घेरते हैं और क्षेत्र को सम्मिलित करते हैं और मार्गदर्शन करते हैं। तीन परतों से बना यह "रिटर्न योक" 14 मीटर व्यास तक पहुंचता है और फिल्टर के रूप में भी काम करता है, जो केवल म्यूऑन और न्यूट्रिनो जैसे कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले कणों के माध्यम से अनुमति देता है। इस प्रकार विशाल चुंबक प्रयोग के अधिकांश संरचनात्मक समर्थन भी प्रदान करता है, और अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति का सामना करने के लिए खुद को बहुत शक्तिशाली होना चाहिए।

परत 5 - म्यूऑन सूचक और रिटर्न योक
जैसा कि "सघन म्यूऑन सोलनॉइड" नाम से पता चलता है, म्यूऑन का पता लगाना सीएमएस के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से है। म्यूऑन आवेशित कण होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन की तरह होते हैं, किन्तु 200 गुना अधिक भारी होते हैं। हम उम्मीद करते हैं कि वे कई संभावित नए कणों के क्षय में उत्पन्न होंगे, उदाहरण के लिए, हिग्स बोसोन के सबसे स्पष्ट संकेतों में से इसका चार म्यूऑन में क्षय है।

क्योंकि म्यूऑन बिना संपर्क के कई मीटर लोहे में प्रवेश कर सकते हैं, अधिकांश कणों के विपरीत उन्हें सीएमएस के किसी भी कैलोरीमीटर द्वारा नहीं रोका जाता है। इसलिए, म्यूऑन का पता लगाने के लिए कक्षों को प्रयोग के बिल्कुल किनारे पर रखा जाता है जहां वे एकमात्र ऐसे कण होते हैं जिनके संकेत दर्ज करने की संभावना होती है।

म्यूऑन की पहचान करने और उनके संवेग को मापने के लिए, सीएमएस तीन प्रकार के सूचक का उपयोग करता है, इस प्रकार तार कक्ष (DT), कैथोड पट्टी कक्ष (सीएससी), प्रतिरोधक प्लेट चैंबर्स (आरपीसी), और गैस इलेक्ट्रॉन गुणक (जीईएम) हैं। इस प्रकार डीटी का उपयोग केंद्रीय बैरल क्षेत्र में सटीक प्रक्षेपवक्र माप के लिए किया जाता है, जबकि सीएससी का उपयोग अंत कैप में किया जाता है। जब कोई म्यूऑन म्यूऑन सूचक से गुजरता है तो आरपीसी तेज संकेत प्रदान करते हैं, और बैरल और एंड कैप दोनों में स्थापित होते हैं।

बहाव ट्यूब (डीटी) प्रणाली सूचक के बैरल भाग में म्यूऑन स्थिति को मापती है। प्रत्येक 4-सेमी-चौड़ी ट्यूब में गैस की मात्रा के भीतर फैला हुआ तार होता है। जब म्यूऑन या कोई आवेशित कण आयतन से होकर गुजरता है तो यह गैस के परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। ये धनात्मक आवेशित तार पर समाप्त होने वाले विद्युत क्षेत्र का अनुसरण करते हैं। इस प्रकार यह इंगित करके कि तार के साथ इलेक्ट्रॉन कहाँ टकराते हैं (आरेख में, तार पृष्ठ में जा रहे हैं) और साथ ही तार से म्यूऑन की मूल दूरी की गणना करके (यहां क्षैतिज दूरी के रूप में दिखाया गया है और इलेक्ट्रॉन की गति को गुणा करके गणना की जाती है) ट्यूब द्वारा लिया गया समय) डीटी म्यूऑन की स्थिति के लिए दो निर्देशांक देते हैं। प्रत्येक डीटी कक्ष, औसतन 2 मीटर x 2.5 मीटर आकार में, 12 एल्यूमीनियम परतें होती हैं, जो चार के तीन समूहों में व्यवस्थित होती हैं, प्रत्येक में 60 ट्यूब तक होते हैं: मध्य समूह बीम के समानांतर दिशा के साथ समन्वय को मापता है और दो बाहर समूह लंबवत समन्वय को मापते हैं।

कैथोड स्ट्रिप चैंबर्स (सीएससी) का उपयोग एंडकैप डिस्क में किया जाता है जहां चुंबकीय क्षेत्र असमान होता है और कण दर अधिक होती है। सीएससी में धनात्मक रूप से आवेशित "एनोड" तारों की सरणियाँ होती हैं, जो गैस आयतन के भीतर ऋणात्मक रूप से आवेशित तांबे "कैथोड" स्ट्रिप्स से पार हो जाती हैं। इस प्रकार जब म्यूऑन गुजरते हैं, तो वे गैस परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को खटखटाते हैं, जो इलेक्ट्रॉनों के हिमस्खलन पैदा करने वाले एनोड तारों के झुंड में आते हैं। धनात्मक आयन तार से दूर और कॉपर कैथोड की ओर जाते हैं, इसके साथ ही तार की दिशा में समकोण पर स्ट्रिप्स में आवेश पल्स को प्रेरित करते हैं। क्योंकि पट्टियां और तार लंबवत हैं, हमें प्रत्येक गुजरने वाले कण के लिए दो स्थिति निर्देशांक मिलते हैं। इस प्रकार सटीक स्थान और समय की जानकारी प्रदान करने के अतिरिक्त, बारीकी से दूरी वाले तार सीएससी फास्ट सूचकों को ट्रिगर करने के लिए उपयुक्त बनाते हैं। प्रत्येक सीएससी मॉड्यूल में छह परतें होती हैं जो इसे म्यूऑन की सटीक पहचान करने और ट्रैकर में उनके ट्रैक से मिलान करने में सक्षम बनाती हैं।

प्रतिरोधी प्लेट कक्ष (आरपीसी) तेजी से गैसीय सूचक हैं जो डीटी और सीएससी के समानांतर म्यूऑन ट्रिगर सिस्टम प्रदान करते हैं। आरपीसी में दो समानांतर प्लेटें होती हैं, धनात्मक रूप से आवेशित एनोड और ऋणात्मक रूप से आवेशित कैथोड, दोनों बहुत ही उच्च प्रतिरोधकता वाली प्लास्टिक सामग्री से बने होते हैं और गैस की मात्रा से अलग होते हैं। जब म्यूऑन कक्ष से गुजरता है, तो इलेक्ट्रॉनों को गैस परमाणुओं से बाहर खटखटाया जाता है। बदले में ये इलेक्ट्रॉन अन्य परमाणुओं से टकराते हैं जिससे इलेक्ट्रॉनों का हिमस्खलन होता है। इस प्रकार इलेक्ट्रोड संकेत (इलेक्ट्रॉनों) के लिए पारदर्शी होते हैं, जो छोटी किन्तु सटीक समय देरी के बाद बाहरी धातु स्ट्रिप्स द्वारा उठाए जाते हैं। इस प्रकार हिट स्ट्रिप्स का प्रारूप म्यूऑन गति का त्वरित माप देता है, जिसका उपयोग ट्रिगर द्वारा तत्काल निर्णय लेने के लिए किया जाता है कि डेटा रखने लायक है या नहीं। आरपीसी अच्छे स्पा को जोड़ती हैसिर्फ नैनोसेकंड (एक सेकंड का अरबवाँ भाग) के समय संकल्प के साथ टिअल संकल्प।

गैस इलेक्ट्रॉन गुणक (जीईएम) सूचक सीएमएस में नई म्यूऑन प्रणाली का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिससे कि एंडकैप्स में वर्तमान प्रणाली को पूरक बनाया जा सके। इस प्रकार आगे का क्षेत्र सीएमएस का भाग है जो बड़ी विकिरण खुराक और उच्च घटना दर से सबसे अधिक प्रभावित होता है। जीईएम कक्ष अतिरिक्त अतिरेक और माप बिंदु प्रदान करेंगे, जिससे उत्तम म्यूऑन ट्रैक पहचान और बहुत आगे के क्षेत्र में व्यापक कवरेज की अनुमति मिलेगी। इस प्रकार सीएमएस जीईएम सूचक तीन परतों से बने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक 50 माइक्रोन मोटी कॉपर-क्लैडेड पॉलीमाइड पन्नी होती है। ये कक्ष Ar/CO2 से भरे हुए हैं गैस मिश्रण, जहां घटना म्यूऑन के कारण प्राथमिक आयनीकरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन होता है, जो प्रवर्धित संकेत प्रदान करता है।

प्रारूप पहचान
सीएमएस में खोजे गए नए कण सामान्यतः कण क्षय होंगे और तेजी से हल्के, अधिक स्थिर और उत्तम समझे जाने वाले कणों के झरने में परिवर्तित हो जाएंगे। सीएमएस के माध्यम से यात्रा करने वाले कण अलग-अलग परतों में विशेषता प्रारूप, या 'हस्ताक्षर' को पीछे छोड़ देते हैं, जिससे उन्हें पहचाना जा सकता है। इस प्रकार तब किसी नए कण की उपस्थिति (या नहीं) का अनुमान लगाया जा सकता है।

ट्रिगर सिस्टम
एक दुर्लभ कण, जैसे कि हिग्स बोसोन, के उत्पादन का अच्छा अवसर प्राप्त करने के लिए बहुत बड़ी संख्या में संघट्टों की आवश्यकता होती है। सूचक में अधिकांश संघट्ट की घटनाएं नरम होती हैं और रोचक प्रभाव पैदा नहीं करती हैं। इस प्रकार प्रत्येक क्रॉसिंग से अपरिष्कृत डेटा की मात्रा लगभग 1 मेगाबाइट है, जो 40 मेगाहर्ट्ज क्रॉसिंग दर पर प्रति सेकंड 40 टेराबाइट डेटा का परिणाम होगा, ऐसी राशि जिसे प्रयोग स्टोर करने की उम्मीद नहीं कर सकता है, ठीक से प्रोसेस करना तो दूर की बात है। पूर्ण ट्रिगर सिस्टम रोचक घटनाओं की दर को प्रबंधनीय 1,000 प्रति सेकंड तक कम कर देता है।

इसे पूरा करने के लिए, ट्रिगर चरणों की श्रृंखला कार्यरत है। प्रत्येक क्रॉसिंग से सभी डेटा को सूचक के भीतर बफ़र्स में रखा जाता है, जबकि महत्वपूर्ण जानकारी की छोटी मात्रा का उपयोग उच्च ऊर्जा जेट, म्यूऑन या लापता ऊर्जा जैसी रुचि की विशेषताओं की पहचान करने के लिए तेज़, अनुमानित गणना करने के लिए किया जाता है। यह स्तर 1 गणना लगभग 1µs में पूरी हो जाती है, और घटना दर लगभग 1,000 घटकर 50 kHz तक कम हो जाती है। ये सभी गणना रिप्रोग्रामेबल क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला (एफपीजीए) का उपयोग करके तेज़ कस्टम हार्डवेयर पर की जाती हैं।

यदि किसी घटना को स्तर 1 ट्रिगर द्वारा पारित किया जाता है, तो सूचक में अभी भी बफ़र किए गए सभी डेटा को फ़ाइबर ऑप्टिक लिंक पर उच्च स्तरीय ट्रिगर पर भेजा जाता है, जो सामान्य कंप्यूटर सर्वर पर चलने वाला सॉफ़्टवेयर (मुख्य रूप से C ++ में लिखा गया) है। इस प्रकार उच्च स्तरीय ट्रिगर में कम घटना दर स्तर 1 ट्रिगर की तुलना में घटना के अधिक विस्तृत विश्लेषण के लिए समय की अनुमति देती है। उच्च स्तरीय ट्रिगर प्रति सेकंड 100 से 1,000 घटनाओं के और कारक द्वारा घटना दर को कम करता है। फिर इन्हें भविष्य के विश्लेषण के लिए टेप पर संग्रहित किया जाता है।

डेटा विश्लेषण
डेटा जो ट्रिगवलय चरणों को पार कर चुका है और टेप पर संग्रहीत किया गया है, इस प्रकार सरलता से प्राप्त होने वाले और अतिरेक के लिए दुनियाभर में अतिरिक्त साइटों के लिए एलएचसी कंप्यूटिंग ग्रिड का उपयोग करके डुप्लिकेट किया गया है। भौतिक विज्ञानी तब डेटा पर अपने विश्लेषणों को उपयोग करने और चलाने के लिए ग्रिड का उपयोग करने में सक्षम होते हैं।

सीएमएस में किए गए विश्लेषणों की विशाल श्रृंखला है, जिनमें सम्मिलित हैं: पैरेंट्स के विभिन्न गुणों और द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए पैरेंट्स के क्षय द्वारा उत्पादित कणों के संयोजन के गतिकी का अध्ययन करना, जैसे कि जेड बोसॉन इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी या हिग्स बोसॉन की जोड़ी लेपटन आवेश या फोटॉन की जोड़ी में क्षय हो रहा है।.
 * मानक मॉडल कणों का सटीक मापन करना, जो इन कणों के ज्ञान को आगे बढ़ाने और सूचक को कैलिब्रेट करने और इस प्रकार विभिन्न घटकों के प्रदर्शन को मापने के लिए सहयोग के लिए दोनों की अनुमति देता है।
 * इस प्रकार लापता अनुप्रस्थ ऊर्जा की बड़ी मात्रा के साथ घटनाओं की खोज करना, जिसका तात्पर्य उन कणों की उपस्थिति से है जो बिना हस्ताक्षर छोड़े सूचक से होकर गुजरे हैं। इस प्रकार मानक मॉडल में केवल न्यूट्रिनो बिना पता लगाए सूचक को पार करेगा किन्तु मानक मॉडल सिद्धांतों से परे की विस्तृत श्रृंखला में नए कण होते हैं जिसके परिणामस्वरूप अनुप्रस्थ ऊर्जा भी विलुप्त हो जाती है।
 * टकराए हुए प्रोटॉनों में पार्टन (क्वार्क और ग्लून्स) के परस्पर क्रिया करने की विधि का अध्ययन करने के लिए कणों के जेट को देखना, या नई भौतिकी के साक्ष्य की खोज करना जो हैड्रोनिक अंतिम अवस्थाओं में प्रकट होता है।
 * उच्च कण बहुलता अंतिम अवस्थाओं (कई नए भौतिकी सिद्धांतों द्वारा भविष्यवाणी की गई) की खोज करना महत्वपूर्ण रणनीति है क्योंकि सामान्य मानक मॉडल कण क्षय में बहुत कम मात्रा में कण होते हैं, और जो प्रक्रियाएँ होती हैं उन्हें अच्छी तरह से समझा जाता है।

व्युत्पत्ति
सघन म्यूऑन सोलनॉइड शब्द सूचक के अपेक्षाकृत सघन आकार से आता है, तथ्य यह है कि यह म्यूऑन का पता लगाता है, और सूचक में सोलनॉइड का उपयोग करता है। सीएमएस सेंटर-ऑफ-मोमेंटम फ्रेम|भू-पृष्ठ घनत्व प्रणाली का भी संदर्भ है, जो कण भौतिकी में महत्वपूर्ण अवधारणा है।

यह भी देखें

 * बड़े हैड्रोन कोलाइडर प्रयोगों की सूची

संदर्भ

 * (mirrors: inspire, CDS)

बाहरी संबंध

 * सीएमएस home page
 * सीएमएस experiment record in INSPIRE-HEP
 * सीएमएस Public Results
 * सीएमएस Outreach
 * सीएमएस Times
 * सीएमएस section from US/एलएचसी Website
 * The assembly of the सीएमएस detector, step by step, through a 3D animation
 * (Full design documentation)