تجربة البوصلة

يستطيع خط شعاع M2 نقل حزم جسيمات ثانوية وثالثية متنوعة ، جميعها تنبع من مسرع البروتونات الفائق. يُوجَّه شعاع البروتونات الأساسي (400 جيجا إلكترون فولت/ثانية، وبحد أقصى 1.5 × 10¹³ بروتون لكل دورة فائقة) نحو هدف إنتاج من البريليوم، مُنتجًا هادرونات ثانوية، تتكون أساسًا من (مضادات) البروتونات والبيونات والكاونات. يفصل بين هدف الإنتاج والتجربة خط نقل بطول 1.1 كيلومتر، مما يسمح، من خلال الاضمحلال الضعيف واستخدام ماصات الهادرونات الضخمة، بإنتاج شعاع ميونات مستقطب دورانيًا بشكل طبيعي. صُمِّم خط الشعاع لنقل حزم تصل طاقتها إلى 280 جيجا إلكترون فولت/ثانية. عادةً، يستخدم مشروع COMPASS خمسة أشعة مختلفة.

• حزم الميونات الموجبة والسالبة ذات الزخم الاسمي 160 جيجا إلكترون فولت/ثانية أو 200 جيجا إلكترون فولت/ثانية،
• حزم هادرونية موجبة ذات زخم اسمي يبلغ 190 جيجا إلكترون فولت/ثانية وتركيبة من 75% بروتونات، 24% بيونات، و1% كاونات.
• حزم الهادرونات السالبة ذات الزخم الاسمي 190 جيجا إلكترون فولت/ثانية وتركيبة من 1% بروتونات مضادة، و97% بيونات، و2% كاونات.
• حزمة إلكترونية منخفضة الكثافة لأغراض المعايرة (60 و 40 جيجا إلكترون فولت/ثانية).

يتم تحديد توقيت وموقع الجسيمات الساقطة باستخدام كواشف شرائح السيليكون الباردة وكواشف الألياف المتلألئة. هذه المعلومات ضرورية لتحديد نقطة التفاعل داخل المادة المستهدفة. وبحسب نوع الحزمة، تُجرى تعديلات على تلسكوب الحزمة.

• بالنسبة لحزمة الميونات ، يتم قياس الزخم باستخدام محطات قياس زخم الحزمة.
• ولتمييز أنواع الجسيمات المختلفة في حزمة الهادرونات ، يتم استخدام كاشف تشيرينكوف.

وفقًا للهدف الفيزيائي، يلزم وجود هدف مناسب. في الفيزياء المستقطبة ، يجب أن تكون دورانات مادة الهدف موجهة في اتجاه واحد. تحتوي خلية الهدف إما على الأمونيوم أو الديوتيريوم، ويتم استقطابهما بواسطة إشعاع الميكروويف والمجالات المغناطيسية القوية. وللحفاظ على درجة الاستقطاب، يُستخدم مُبرد تخفيف الهيليوم ^-3 /الهيليوم ^-4 لتبريد مادة الهدف إلى 50 ملي كلفن. يمكن استقطاب مادة الهدف طوليًا أو عرضيًا بالنسبة لمحور الشعاع.

في الفيزياء غير المستقطبة ، يُستخدم الهيدروجين السائل في الغالب، مما يسمح بدراسة خصائص البروتون. أما في الفيزياء الأخرى، التي تتطلب أعدادًا ذرية عالية، فيُستخدم النيكل والرصاص وأهداف نووية أخرى.

تتمثل الميزة الرئيسية لتجربة الهدف الثابت في نطاق استقبالها الواسع. فبفضل تأثير لورنتز ، تتولد معظم الحالات النهائية والجسيمات المتناثرة على طول محور الحزمة. وهذا ما يُفسر التصميم المميز لتجربة الهدف الثابت: حيث توضع معظم الكواشف خلف الهدف ("مطياف أمامي"). في بعض العمليات، من الضروري رصد النيوكليونات المرتدة من الهدف. وهنا، يُستخدم كاشف بروتونات مرتدة يتكون من أنبوبين من مادة وميضية. ويتم تحديد البروتونات من خلال زمن طيرانها وفقدان الطاقة.

تتألف تجربة COMPASS من مرحلتين مطيافيتين مزودتين بأنواع مختلفة من كواشف التتبع، حيث تُجهز كل مرحلة حول مغناطيس مطيافي لتحديد زخم الجسيمات. تُخصص المرحلة الأولى للمسارات ذات زوايا التشتت (الإنتاج) الكبيرة، بينما تُخصص الثانية للزوايا الصغيرة. إضافةً إلى ذلك، تحتوي المرحلة الأولى على كاشف تشيرينكوف التصويري الحلقي ("RICH")، القادر على التمييز بين البيونات والكاونات بين 10 و50 جيجا إلكترون فولت. تُستخدم الأنواع التالية من الكواشف لقياس الجسيمات المشحونة:

• كاشف الغازات ذو الشبكة الدقيقة MicroMegas
• ميكروميغاس مُبكسلة ،
• مضاعف الإلكترونات الغازي (GEMs )
• جواهر مُبكسلة ،
• غرف الانجراف ،
• قشات ،
• محطات الألياف المتلألئة في أفلام الخيال العلمي
• MWPC ، غرف تناسبية متعددة الأسلاك،
• أجهزة قياس الوميض، وهي عدادات وميضية تستخدم لتحفيز الميونات المتناثرة.

يتم الكشف عن الجسيمات المتعادلة، أي الفوتونات، باستخدام المسعرات الكهرومغناطيسية . ويتم تحديد طاقة الهادرونات المنتجة باستخدام المسعرات الهادرونية.