紧凑μ子线圈

紧凑μ子线圈（CMS，Compact Muon Solenoid），瑞士欧洲核子研究组织CERN的大型强子对撞机计划的两大通用型粒子侦测器中的一个。直至2006年，已有约2300位来自159个不同的研究机构的科学家，共同参与建设。CMS将建在法国的Cessy的地下洞穴中，刚好跨过瑞士日内瓦的边境。完成后的侦测器将是一个长约21米，直径约16米的筒状的结构，重量达12500公吨（这也是其名称的由来）。CMS 实验的主要目标包含了:CMS 侦测器的特色在于:CMS 是设计成一个通用型的侦测器，用来研究LHC加速器所提供的 14 TeV 质心能量下质子对撞的物理。其子侦测器包含了用来量测在对撞后所产生的光子, 电子, μ子等粒子的能量与动量的设备。位于最内层的侦测器为由硅芯片所构成的轨迹追迹系统。环绕其外的则是由闪烁体所构成，用来量测能量的电磁量能器(electromagnetic calorimeter)，与之外三明治结构的强子取样量能器(sampling calorimeter)。由于追迹系统与量能器的紧凑型设计，CMS 用来产生 4 T(特斯拉)的强力磁场线圈可以将上述两侦测器包覆于其中。于线圈外的则是大型的μ子侦测器，同时包夹于构成磁场线封闭循环的铁芯(return york)之中。如此构成 CMS 的全名：紧凑μ子线圈。路径探测器(Tracker)的功用是记录带电粒子的飞行轨迹。由于带电粒子在磁场中会受洛伦兹力影响而转弯，因此借由轨迹可回推带电粒子的动量(路径越弯，动量越少)，而粒子的动量大小对于研究粒子的性质有很大的影响。CMS的路径探测器是由纯硅制作，可分为Pixel和Strips。Pixel位于最内三层，每个元件大小为100μm×150μm，由于单位元件够小，Pixel能给定相当精确的路径起始点。 在三层Pixel外的是Strips，共有十层。内四层每个元件大小为10cm×180μm，外六层每个元件大小为25cm×180μm。Strips的功用主要是给出粗略的路径位置。由三层Pixel加上十层Strips，共十三个点，可决定一条相当清楚的路径。CMS 的电磁量能器 (Electromagnetic CALorimeter, ECAL)使用了约 80,000 支钨酸铅晶体所构成，晶体的特色为高密度与高透光度，类似于一般常见的铅玻璃。这些晶体由Bogoroditsk Techno-Chemical Plant和中科院上海硅酸盐所提供。当电子或光子穿过晶体的时候，会与材料发生反应，由制动辐射与粒子对生与湮灭造成所谓的簇射 (radiation shower) 现象。这个释放出来的能量，会使得晶体中的电子跃迁而发光，然后由附于晶体表面的光侦测器所量测，转换成的电子讯号经校正后可以用来推估原入射粒子的能量大小。就如同其他的粒子物理侦测器，CMS 有着一个大型的磁铁线圈。借由量测带电粒子通过磁场时轨迹的曲率半径，可以决定其所带电性与动量。CMS 的磁铁长13米，直经6米，其铌钛线圈需要冷却至低温超导态，以提供4 T强度的磁场。CMS 最大的一个组件YB0于当地时间2007年2月28日下午六时(CET)，成功的被放置到位于法国的Cessy地下100米深的实验洞穴中(UXC)。该组件包含了一节的μ子侦测铁芯，以及目前世界最大的的超导磁铁，总重量约为1920公吨，相当于五架巨无霸喷射机的总和。除了重量上的困难度，该组件有17米宽，与洞穴壁面的距离只有约20公分。工程人员使用了四条巨大55股的缆绳，以每分钟15公分的速度降下，共耗时10小时才完成这项艰钜的任务。计有包含了BBC、国家地理、路透社等多家新闻媒体报导此一事件。