Máy dò hạt tự làm. Máy dò tia neutron và tia gamma

Trong ch. XXIII chúng tôi được làm quen với các dụng cụ dùng để phát hiện các hạt vi mô - buồng mây, máy đếm nhấp nháy, máy đếm phóng điện khí. Những máy dò này, mặc dù được sử dụng trong nghiên cứu các hạt cơ bản, nhưng không phải lúc nào cũng thuận tiện. Thực tế là các quá trình tương tác thú vị nhất, kèm theo sự biến đổi lẫn nhau của các hạt cơ bản, rất hiếm khi xảy ra. Một hạt phải gặp rất nhiều nucleon hoặc electron trên đường đi của nó thì một vụ va chạm thú vị mới xảy ra. Trong thực tế, nó phải di chuyển một đường trong vật chất đậm đặc đo bằng hàng chục cm - mét (trong đường đi đó, một hạt tích điện có năng lượng hàng tỷ electron volt chỉ mất đi một phần năng lượng do bị ion hóa).

Tuy nhiên, trong buồng mây hoặc bộ đếm khí thải, lớp nhạy cảm (xét về vật chất đậm đặc) cực kỳ mỏng. Về vấn đề này, một số phương pháp phát hiện hạt khác đã được đưa vào sử dụng.

Phương pháp chụp ảnh hóa ra rất hiệu quả. Trong các nhũ tương ảnh hạt mịn đặc biệt, mỗi hạt tích điện đi qua nhũ tương để lại một dấu vết, sau khi phát triển tấm, được phát hiện dưới kính hiển vi dưới dạng một chuỗi hạt đen. Dựa vào bản chất của dấu vết do một hạt để lại trong nhũ tương ảnh, người ta có thể xác định bản chất của hạt này - điện tích, khối lượng và năng lượng của nó. Phương pháp chụp ảnh thuận tiện không chỉ vì có thể sử dụng các chất dày mà còn vì trong tấm ảnh, không giống như buồng mây, dấu vết của các hạt tích điện không biến mất ngay sau khi hạt đi qua. Khi nghiên cứu các sự kiện hiếm gặp, các tấm có thể được phơi bày trong thời gian dài; điều này đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu tia vũ trụ. Ví dụ về các sự kiện hiếm gặp được ghi lại trong nhũ tương ảnh được trình bày ở trên trong Hình 2. 414, 415; Cơm đặc biệt thú vị. 418.

Một phương pháp đáng chú ý khác dựa trên việc sử dụng các đặc tính của chất lỏng quá nhiệt (xem Tập I, § 299). Khi một chất lỏng rất tinh khiết được đun nóng đến nhiệt độ thậm chí cao hơn nhiệt độ sôi một chút, chất lỏng đó không sôi vì sức căng bề mặt ngăn cản sự hình thành bọt hơi. Nhà vật lý người Mỹ Donald Glaser (sinh năm 1926) nhận thấy vào năm 1952 rằng một chất lỏng quá nhiệt sẽ sôi ngay lập tức dưới bức xạ đủ mạnh; năng lượng bổ sung được giải phóng theo dấu vết của các electron nhanh được tạo ra trong chất lỏng bằng bức xạ tạo điều kiện cho sự hình thành bong bóng.

Dựa trên hiện tượng này, Glaeser đã phát triển cái gọi là buồng bong bóng lỏng. Chất lỏng ở áp suất cao được làm nóng đến nhiệt độ gần bằng nhưng thấp hơn điểm sôi. Sau đó, áp suất và kéo theo đó là điểm sôi giảm xuống và chất lỏng trở nên quá nóng. Dọc theo quỹ đạo của một hạt tích điện đi qua chất lỏng tại thời điểm này, một vệt bong bóng hơi được hình thành. Với ánh sáng phù hợp, nó có thể được chụp bằng camera. Theo quy luật, các buồng bong bóng được đặt giữa các cực của một nam châm điện mạnh; từ trường làm cong quỹ đạo của các hạt. Bằng cách đo chiều dài vết của hạt, bán kính cong của nó và mật độ bong bóng, người ta có thể xác định các đặc tính của hạt. Buồng bong bóng hiện đã đạt đến mức độ hoàn thiện cao; Ví dụ, các buồng chứa đầy hydro lỏng có thể tích nhạy cảm vài mét khối sẽ hoạt động. Ví dụ về ảnh chụp dấu vết hạt trong buồng bong bóng được thể hiện trong hình. 416, 417, 419, 420.

Cơm. 418. Sự biến đổi của hạt được ghi lại trong một chồng nhũ ảnh được chiếu xạ bởi tia vũ trụ. Tại thời điểm đó, một hạt trung hòa nhanh vô hình gây ra sự phân tách của một trong các hạt nhân nhũ tương và hình thành các meson (“ngôi sao” gồm 21 dấu vết). Một trong các meson, meson, đã đi qua đường đi xung quanh (hình ảnh chỉ hiển thị phần đầu và phần cuối của dấu vết; với độ phóng đại được sử dụng trong bức ảnh, độ dài của toàn bộ dấu vết sẽ là ), dừng lại ở một điểm và phân rã theo sơ đồ .

Cơm. 419. Sự hình thành và phân rã của -hyperon. Trong buồng bong bóng hydro đặt trong từ trường và chiếu xạ phản proton, phản ứng đã được ghi lại . Nó xảy ra ở cuối con đường (xem sơ đồ ở đầu hình). Các hyperon lambda trung tính và anti-lambda, sau khi bay một quãng đường ngắn mà không tạo thành dấu vết, sẽ phân rã theo sơ đồ. Phản proton hủy nhau với một proton tạo thành hai và hai meson

Mỗi giây, hàng chục nghìn hạt cơ bản từ không gian bay qua cơ thể chúng ta - muon, electron, neutrino, v.v. Chúng ta không cảm nhận hay nhìn thấy chúng, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng không tồn tại. Và điều này không có nghĩa là chúng không thể được ghi lại. Chúng tôi cung cấp cho độc giả N+1 tự tay mình chế tạo một thiết bị cho phép bạn “nhìn thấy” cơn mưa vũ trụ liên tục này.

Các máy dò hạt “thực”, chẳng hạn như các máy tại Máy Va chạm Hadron Lớn, có giá hàng triệu đô la và nặng hàng trăm tấn, nhưng chúng tôi sẽ cố gắng hoạt động với ngân sách khiêm tốn hơn nhiều.

Chúng tôi sẽ cần:

đá khô (khoảng 80 rúp một kg, nên mua hộp giữ nhiệt bằng bọt với giá 300 rúp khác - nếu không mọi thứ bạn mua sẽ bay hơi quá nhanh). Không cần nhiều đá khô, một kg là đủ;
rượu isopropyl (giá 370 rúp mỗi 0,5 lít, bán ở các cửa hàng radio);
một miếng nỉ (cửa hàng may vá, khoảng 150 rúp);
keo để dán nỉ vào đáy thùng ("Khoảnh khắc", 150 rúp);
một hộp đựng trong suốt, ví dụ như một bể cá bằng nhựa có nắp (chúng tôi đã mua một hộp đựng thức ăn làm bằng nhựa cứng với giá 1,5 nghìn rúp);
một giá đựng đá khô, đây có thể là một cuvette chụp ảnh (được tìm thấy trong bếp biên tập);
đèn pin.

Vì vậy, hãy bắt đầu. Đầu tiên bạn cần dán một miếng nỉ vào đáy hộp và đợi vài giờ cho keo khô. Sau đó, nỉ phải được ngâm trong cồn isopropyl (cẩn thận để không để cồn dính vào mắt!). Điều mong muốn là nỉ đã thấm hoàn toàn cồn, phần cồn còn lại sau đó phải được xả hết. Sau đó, bạn cần đổ đá khô vào đáy cuvet, đậy nắp hộp lại rồi đặt vào đá khô với nắp úp xuống. Bây giờ bạn cần đợi cho đến khi không khí bên trong buồng bão hòa hơi cồn.

Nguyên lý hoạt động của buồng mây (hay còn gọi là “buồng sương mù”) là chỉ cần tác động rất nhẹ cũng khiến hơi cồn bão hòa ngưng tụ lại. Kết quả là, ngay cả tác động của các hạt vũ trụ cũng khiến hơi nước ngưng tụ và hình thành chuỗi các giọt cực nhỏ - dấu vết - trong buồng.

Bạn có thể xem thử nghiệm trong video của chúng tôi:

Một số lưu ý kinh nghiệm: bạn không nên mua quá nhiều đá khô - nó sẽ bay hơi hoàn toàn trong vòng chưa đầy một ngày, kể cả từ bình giữ nhiệt, và bạn khó có thể tìm được tủ lạnh công nghiệp. Nắp hộp trong suốt cần phải có màu đen, ví dụ bạn có thể đóng từ dưới lên bằng kính đen. Các bản nhạc sẽ được hiển thị rõ hơn trên nền đen. Bạn cần nhìn chính xác vào đáy thùng, ở đó sẽ hình thành một lớp sương mù đặc trưng, tương tự như mưa phùn. Chính trong sương mù này mà các vết hạt phát sinh.

Bạn có thể thấy những bài hát nào:

Tạp chí đối xứng

Đây không phải là các hạt vũ trụ. Các vệt ngắn và dày là dấu vết của các hạt alpha phát ra từ các nguyên tử của khí phóng xạ radon, chúng liên tục thấm ra khỏi lòng Trái đất (và tích tụ ở những khu vực không được thông gió).

Tạp chí đối xứng

Các vệt dài và hẹp được để lại bởi muon, họ hàng nặng (và tồn tại trong thời gian ngắn) của electron. Chúng được tạo ra với số lượng lớn ở tầng trên bầu khí quyển khi các hạt năng lượng cao va chạm với các nguyên tử và tạo ra các trận mưa hạt, chủ yếu bao gồm các muon.

Máy dò hạt, máy dò bức xạ ion hóa trong vật lý hạt thực nghiệm, một thiết bị được thiết kế để phát hiện và đo các thông số của các hạt cơ bản năng lượng cao, chẳng hạn như tia vũ trụ hoặc các hạt được tạo ra trong quá trình phân rã hạt nhân hoặc trong máy gia tốc.

Các loại chính [ | ]

lỗi thời

Máy dò bảo vệ bức xạ

Máy dò vật lý hạt nhân và hạt

Camera nội soi
quầy
Máy dò theo dõi
Máy phân tích khối lượng

Máy dò cho thí nghiệm về chùm va chạm[ | ]

Trong vật lý hạt, khái niệm “máy dò” không chỉ đề cập đến các loại cảm biến khác nhau để phát hiện hạt mà còn đề cập đến các hệ thống lắp đặt lớn được tạo ra trên cơ sở chúng và cũng bao gồm cả cơ sở hạ tầng để duy trì chức năng của chúng (hệ thống đông lạnh, hệ thống điều hòa không khí, nguồn điện). ), thiết bị điện tử để đọc và xử lý dữ liệu sơ cấp, các hệ thống phụ trợ (ví dụ, các cuộn dây siêu dẫn để tạo ra từ trường bên trong hệ thống lắp đặt). Theo quy định, các cài đặt như vậy hiện được tạo ra bởi các nhóm quốc tế lớn.

Vì việc xây dựng một hệ thống lắp đặt lớn đòi hỏi sự đầu tư tài chính đáng kể và nỗ lực của con người nên trong hầu hết các trường hợp, nó không được sử dụng cho một nhiệm vụ cụ thể mà cho toàn bộ các phép đo khác nhau. Các yêu cầu chính đối với máy dò hiện đại cho các thí nghiệm máy gia tốc là:

Đối với các bài toán cụ thể, có thể cần thêm các yêu cầu bổ sung, ví dụ, đối với các thí nghiệm đo sự vi phạm CP trong hệ meson B, độ phân giải tọa độ trong vùng tương tác chùm tia đóng một vai trò quan trọng.

Hình ảnh thông thường của máy dò vạn năng nhiều lớp cho máy gia tốc sử dụng chùm tia va chạm.

Nhu cầu đáp ứng các điều kiện này dẫn đến việc thiết kế một máy dò đa lớp phổ quát điển hình hiện nay. Trong văn học tiếng Anh, sơ đồ như vậy thường được so sánh với cấu trúc giống củ hành. Theo hướng từ trung tâm (vùng tương tác của các chùm tia) đến ngoại vi, một máy dò điển hình cho máy gia tốc chùm tia va chạm bao gồm các hệ thống sau:

Hệ thống theo dõi[ | ]

Hệ thống theo dõi được thiết kế để ghi lại quỹ đạo của hạt tích điện: tọa độ vùng tương tác, góc khởi hành. Trong hầu hết các máy dò, hệ thống theo dõi được đặt trong từ trường, dẫn đến độ cong quỹ đạo của các hạt tích điện và giúp xác định động lượng và dấu điện tích của chúng.

Hệ thống theo dõi thường dựa trên máy dò silicon bán dẫn.

Hệ thống nhận dạng[ | ]

Hệ thống nhận dạng cho phép tách các loại hạt tích điện khác nhau ra khỏi nhau. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhận dạng thường bao gồm việc đo tốc độ di chuyển của hạt theo một trong ba cách:

Cùng với việc đo động lượng của hạt trong hệ thống theo dõi, điều này cung cấp thông tin về khối lượng và do đó, về loại hạt.

nhiệt lượng kế [ | ]

Danh sách các máy dò đang hoạt động hoặc đang được xây dựng cho máy gia tốc chùm tia va chạm[ | ]

Ứng dụng[ | ]

Ngoài các thí nghiệm khoa học, máy dò hạt cơ bản còn được sử dụng trong các nhiệm vụ ứng dụng - trong y học (máy X-quang có liều bức xạ thấp,

Như trong bất kỳ thí nghiệm vật lý nào, khi nghiên cứu các hạt cơ bản trước tiên bạn phải đặt thí nghiệm và sau đó đăng ký kết quả của nó. Máy gia tốc tham gia vào việc thiết lập một thí nghiệm (va chạm hạt) và kết quả của các va chạm được nghiên cứu bằng cách sử dụng máy dò hạt.

Để tái tạo lại bức tranh về vụ va chạm, không chỉ cần tìm ra hạt nào được sinh ra mà còn phải đo với độ chính xác cao các đặc tính của chúng, chủ yếu là quỹ đạo, động lượng và năng lượng. Tất cả điều này được đo bằng cách sử dụng các loại máy dò khác nhau bao quanh vị trí va chạm theo các lớp đồng tâm.

Máy dò hạt có thể được chia thành hai nhóm: máy dò theo dõi, đo quỹ đạo của các hạt, và nhiệt lượng kế, đo năng lượng của chúng. Máy dò vết cố gắng theo dõi chuyển động của các hạt mà không tạo ra bất kỳ biến dạng nào. Mặt khác, nhiệt lượng kế phải hấp thụ hoàn toàn một hạt để đo năng lượng của nó. Kết quả là một bố cục tiêu chuẩn của máy dò hiện đại: một số lớp máy dò theo dõi được đặt bên trong và một số lớp nhiệt lượng kế được đặt bên ngoài, cũng như các thiết bị đặc biệt máy dò muon. Cái nhìn tổng quát về một máy dò hiện đại điển hình được thể hiện trong hình. 1.

Dưới đây chúng tôi mô tả ngắn gọn cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính của máy dò hiện đại. Sự nhấn mạnh là một số nguyên tắc phát hiện chung nhất. Đối với các máy dò cụ thể hoạt động tại Máy Va chạm Hadron Lớn, hãy xem Máy dò tại trang LHC.

Máy dò theo dõi

Máy dò theo dõi tái tạo lại quỹ đạo của hạt. Chúng thường nằm trong vùng từ trường, và sau đó bằng độ cong của quỹ đạo của hạt, động lượng của nó có thể được xác định.

Hoạt động của máy dò dấu vết dựa trên thực tế là một hạt tích điện bay tạo ra vệt ion hóa - nghĩa là nó đánh bật các electron ra khỏi nguyên tử dọc theo đường chuyển động của nó. Trong trường hợp này, cường độ ion hóa phụ thuộc cả vào loại hạt và vật liệu dò. Các electron tự do được thu thập bằng thiết bị điện tử, tín hiệu từ đó báo cáo tọa độ của các hạt.

Máy dò đỉnh

Vershinny(microvertex, pixel) máy dò là một máy dò bán dẫn nhiều lớp bao gồm các tấm mỏng riêng lẻ với các thiết bị điện tử được gắn trực tiếp vào chúng. Đây là lớp trong cùng của máy dò: nó thường bắt đầu ngay bên ngoài ống chân không (đôi khi lớp đầu tiên được gắn trực tiếp trên thành ngoài của ống chân không) và chiếm vài cm đầu tiên theo hướng xuyên tâm. Silicon thường được chọn làm vật liệu bán dẫn do khả năng chống bức xạ cao (các lớp bên trong của máy dò tiếp xúc với liều lượng lớn bức xạ cứng).

Về cơ bản, bộ dò đỉnh hoạt động giống như ma trận của máy ảnh kỹ thuật số. Khi một hạt tích điện bay qua tấm này, nó sẽ để lại dấu vết trong đó - một đám mây ion hóa có kích thước vài chục micron. Sự ion hóa này được cảm nhận bởi một phần tử điện tử ngay bên dưới pixel. Sau khi học được tọa độ các điểm giao nhau của một hạt với một số tấm liên tiếp của máy dò pixel, có thể tái tạo lại quỹ đạo ba chiều của các hạt và theo dõi chúng trở lại đường ống. Thông qua giao điểm của các quỹ đạo được tái tạo như vậy tại một điểm nào đó trong không gian, đỉnh- thời điểm mà các hạt này được sinh ra.

Đôi khi, hóa ra có một số đỉnh như vậy và một trong số chúng thường nằm ngay trên trục va chạm của các chùm tia tới (đỉnh chính) và đỉnh thứ hai - ở khoảng cách xa. Điều này thường có nghĩa là các proton va chạm ở đỉnh sơ cấp và ngay lập tức tạo ra một số hạt, nhưng một số trong chúng đã bay được một khoảng cách trước khi vỡ ra thành các hạt con.

Trong các máy dò hiện đại, độ chính xác của việc tái tạo đỉnh đạt tới 10 micron. Điều này giúp có thể ghi lại các trường hợp một cách đáng tin cậy khi các đỉnh phụ cách trục va chạm 100 micron. Chính ở những khoảng cách này mà nhiều hadron siêu bền khác nhau chứa quark c hoặc b (được gọi là hadron “quyến rũ” và “đáng yêu”) bay ra. Do đó, máy dò đỉnh là công cụ quan trọng nhất của máy dò LHCb, nhiệm vụ chính của nó sẽ là nghiên cứu các hadron này.

Các thiết bị bán dẫn hoạt động theo nguyên tắc tương tự. máy dò vi dải, trong đó, thay vì các pixel nhỏ, các dải vật liệu nhạy cảm mỏng nhưng khá dài được sử dụng. Ở chúng, quá trình ion hóa không lắng xuống ngay lập tức mà di chuyển dọc theo dải và được đọc ở cuối dải. Các dải này được thiết kế sao cho tốc độ dịch chuyển của đám mây điện tích dọc theo nó là không đổi và do đó nó không bị lan rộng ra. Do đó, khi biết thời điểm điện tích đến phần tử đọc, có thể tính được tọa độ điểm mà hạt tích điện xuyên qua dải. Độ phân giải không gian của máy dò vi dải kém hơn so với máy dò pixel, nhưng chúng có thể bao quát được nhiều hơn. Ô diện tích lớn hơn vì chúng không yêu cầu số lượng lớn phần tử đọc như vậy.

Máy ảnh trôi dạt

Máy ảnh trôi dạt- đây là những buồng chứa đầy khí được đặt bên ngoài máy dò vết bán dẫn, ở đó mức bức xạ tương đối thấp và độ chính xác của việc xác định tọa độ không yêu cầu cao như với máy dò bán dẫn.

Buồng trôi cổ điển là một ống chứa đầy khí với nhiều sợi dây rất mỏng căng bên trong. Nó hoạt động giống như một máy dò đỉnh, nhưng không phải trên một tấm phẳng mà ở dạng khối. Tất cả các dây đều được cấp điện và cách sắp xếp của chúng được chọn sao cho xuất hiện một điện trường đều trong không gian giữa hai dãy dây. Khi một hạt tích điện bay qua buồng khí, nó sẽ để lại vệt ion hóa không gian. Dưới tác dụng của điện trường, quá trình ion hóa (chủ yếu là các electron) chuyển động với tốc độ không đổi (các nhà vật lý gọi là “trôi”) dọc theo các đường sức về phía dây anốt. Sau khi chạm tới mép buồng, quá trình ion hóa ngay lập tức được hấp thụ bởi các thiết bị điện tử, truyền xung tín hiệu đến đầu ra. Vì có rất nhiều phần tử đọc nên việc sử dụng tín hiệu từ chúng có thể tái tạo lại với độ chính xác cao tọa độ của hạt bay và do đó là quỹ đạo.

Thông thường, lượng ion hóa được tạo ra trong buồng khí bởi một hạt đi qua là nhỏ. Để tăng độ tin cậy của việc thu và ghi điện tích cũng như giảm sai số trong phép đo, cần phải khuếch đại tín hiệu ngay cả trước khi đăng ký với thiết bị điện tử. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một mạng lưới dây cực dương và cực âm đặc biệt kéo dài gần thiết bị đọc. Đi gần dây cực dương, một đám mây electron tạo ra một trận tuyết lở trên đó, do đó tín hiệu điện tử được khuếch đại lên nhiều lần.

Từ trường càng mạnh và kích thước của máy dò càng lớn thì quỹ đạo của hạt càng lệch khỏi đường thẳng, điều đó có nghĩa là bán kính cong của nó có thể đo được càng đáng tin cậy và động lượng của hạt có thể được phục hồi từ đó. Vì vậy, để nghiên cứu phản ứng với các hạt có năng lượng rất cao, hàng trăm GeV và TeV, người ta mong muốn chế tạo các máy dò lớn hơn và sử dụng từ trường mạnh hơn. Vì lý do kỹ thuật thuần túy, thông thường chỉ có thể tăng một trong các đại lượng này để gây bất lợi cho đại lượng kia. Hai máy dò lớn nhất tại LHC - ATLAS và CMS - khác nhau chính xác về đại lượng nào được tối ưu hóa. Máy dò ATLAS lớn hơn nhưng có trường nhỏ hơn, trong khi máy dò CMS có trường mạnh hơn nhưng nhìn chung nhỏ gọn hơn.

Camera chiếu thời gian

Một loại buồng trôi đặc biệt được gọi là máy chiếu thời gian(VPK). Trên thực tế, tổ hợp công nghiệp-quân sự là một tổ hợp hình trụ lớn, kích thước vài mét. Một điện trường đều được tạo ra trên toàn bộ thể tích của nó dọc theo trục hình trụ. Toàn bộ vệt ion hóa xoáy mà các hạt để lại khi bay qua buồng này trôi đều về phía hai đầu của hình trụ, duy trì hình dạng không gian của nó. Các quỹ đạo được “chiếu” lên các đầu của buồng, nơi một mảng lớn các phần tử đọc ghi lại sự xuất hiện của điện tích. Tọa độ hướng tâm và góc được xác định bởi số cảm biến và tọa độ dọc theo trục hình trụ được xác định theo thời điểm tín hiệu đến. Nhờ đó, có thể khôi phục hình ảnh ba chiều về chuyển động của các hạt.

Trong số các thí nghiệm hoạt động tại LHC, máy dò ALICE sử dụng camera chiếu thời gian.

Máy dò chậu La Mã

Có một loại máy dò pixel bán dẫn đặc biệt hoạt động trực tiếp bên trong ống chân không, ở gần chùm tia. Chúng được đề xuất lần đầu tiên vào những năm 1970 bởi một nhóm nghiên cứu ở Rome và kể từ đó chúng được đặt tên là Chậu La Mã(“Chậu La Mã”)

Máy dò Roman Pots được thiết kế để phát hiện các hạt bị lệch ở những góc rất nhỏ trong quá trình va chạm. Các máy dò thông thường đặt bên ngoài ống chân không ở đây không phù hợp đơn giản vì một hạt phát ra ở một góc rất nhỏ có thể bay nhiều km bên trong ống chân không, quay cùng với chùm tia chính và không rời ra bên ngoài. Để ghi lại những hạt như vậy, cần phải đặt các máy dò nhỏ bên trong một ống chân không ngang qua trục của chùm tia, nhưng không chạm vào chính chùm tia.

Để làm điều này, trong một phần nhất định của vòng máy gia tốc, thường ở khoảng cách hàng trăm mét tính từ điểm va chạm của các chùm tia tới, một phần đặc biệt của ống chân không có “ống bọc” ngang được lắp vào. Chúng chứa các máy dò pixel nhỏ, kích thước vài cm, trên nền tảng di chuyển. Khi chùm tia vừa được đưa vào vẫn chưa ổn định và có dao động ngang lớn. Tại thời điểm này, các máy dò được giấu bên trong ống bọc để tránh bị hư hại do tác động trực tiếp từ chùm tia. Sau khi chùm tia ổn định, các bệ mở rộng ra khỏi cánh tay của chúng và di chuyển các ma trận nhạy cảm của máy dò Roman Pots đến gần chùm tia, ở khoảng cách 1-2 mm. Khi kết thúc chu kỳ tăng tốc tiếp theo, trước khi loại bỏ chùm tia cũ và bơm chùm tia mới, các máy dò sẽ được thu vào cánh tay và chờ phiên vận hành tiếp theo.

Các máy dò pixel được sử dụng trong Roman Pots khác với các máy dò đỉnh thông thường ở chỗ chúng tối đa hóa tỷ lệ bề mặt wafer bị chiếm giữ bởi các phần tử cảm biến. Đặc biệt, trên mép của tấm gần chùm tia nhất, thực tế không có vùng “chết” không nhạy cảm ( "vô biên"-công nghệ).

Một trong những thí nghiệm tại Máy Va chạm Hadron Lớn, TOTEM, sẽ sử dụng một số máy dò này. Một số dự án tương tự khác đang được phát triển. Máy dò đỉnh của thí nghiệm LHCb cũng chứa một số phần tử của công nghệ này.

Bạn có thể đọc thêm về các máy dò này trong bài viết Chậu La Mã dành cho LHC trên tạp chí CERN Courier hoặc trong tài liệu kỹ thuật của thí nghiệm TOTEM.

nhiệt lượng kế

Nhiệt lượng kế đo năng lượng của các hạt cơ bản. Để làm được điều này, một lớp dày đặc của chất đặc (thường là kim loại nặng - chì, sắt, đồng thau) được đặt trên đường đi của các hạt. Một hạt trong đó va chạm với các electron hoặc hạt nhân nguyên tử và kết quả là tạo ra một dòng hạt thứ cấp - vòi sen. Năng lượng của hạt ban đầu được phân phối giữa tất cả các hạt của trận mưa, do đó năng lượng của từng hạt riêng lẻ trong trận mưa này trở nên nhỏ. Kết quả là, vòi hoa sen bị mắc kẹt trong độ dày của vật chất, các hạt của nó bị hấp thụ và hủy diệt, và một phần năng lượng nhất định được xác định rõ ràng được giải phóng dưới dạng ánh sáng. Tia sáng này được thu thập ở hai đầu của nhiệt lượng kế bằng máy nhân quang, chúng chuyển nó thành xung điện. Ngoài ra, năng lượng của vòi hoa sen có thể được đo bằng cách thu thập quá trình ion hóa bằng các tấm nhạy cảm.

Các electron và photon khi đi xuyên qua vật chất sẽ va chạm chủ yếu với vỏ electron của nguyên tử và tạo ra một cơn mưa điện từ - một dòng chảy của một số lượng lớn electron, positron và photon. Những trận mưa rào như vậy phát triển nhanh chóng ở độ sâu nông và thường được hấp thụ trong một lớp vật liệu dày vài chục cm. Các hadron năng lượng cao (proton, neutron, pi-meson và K-meson) mất năng lượng chủ yếu do va chạm với hạt nhân. Trong trường hợp này, một vòi sen hadron được tạo ra, xuyên qua độ dày của vật chất sâu hơn nhiều so với vật chất điện từ và cũng rộng hơn. Do đó, để hấp thụ hoàn toàn một cơn mưa hadron từ một hạt năng lượng rất cao, cần phải có một đến hai mét vật chất.

Sự khác biệt về đặc tính của vòi sen điện từ và mưa hadron được tận dụng tối đa trong các máy dò hiện đại. Nhiệt lượng kế thường được làm bằng hai lớp: bên trong có nhiệt lượng kế điện từ, trong đó các cơn mưa rào điện từ được hấp thụ chủ yếu và bên ngoài - nhiệt lượng kế hadronic, chỉ có thể đạt được bằng mưa rào hadron. Do đó, nhiệt lượng kế không chỉ đo năng lượng mà còn xác định “loại năng lượng” - cho dù đó là nguồn gốc điện từ hay hadron. Điều này rất quan trọng để hiểu đúng những gì đã xảy ra ở trung tâm của máy dò va chạm proton.

Để ghi lại quang học một trận mưa rào, vật liệu đo nhiệt lượng phải có đặc tính nhấp nháy. TRONG máy nhấp nháy Các photon có cùng bước sóng được hấp thụ rất hiệu quả, dẫn đến sự kích thích các phân tử của chất đó và sự kích thích này bị loại bỏ bằng cách phát ra các photon có năng lượng thấp hơn. Chất nhấp nháy vốn đã trong suốt đối với các photon phát ra và do đó chúng có thể chạm tới rìa của tế bào đo nhiệt lượng. Nhiệt lượng kế sử dụng máy đo nhấp nháy tiêu chuẩn, đã được nghiên cứu lâu dài, nhờ đó người ta biết rõ phần năng lượng của hạt ban đầu được chuyển thành tia sáng quang học.

Để hấp thụ lượng mưa hiệu quả, cần sử dụng chất càng đặc càng tốt. Có hai cách để kết hợp yêu cầu này với yêu cầu đối với thiết bị nhấp nháy. Đầu tiên, bạn có thể chọn những thiết bị nhấp nháy rất nặng và đổ đầy chúng vào nhiệt lượng kế. Thứ hai, bạn có thể tạo ra một "tiếng thổi" xen kẽ giữa các tấm chất nặng và chất nhấp nháy nhẹ. Ngoài ra còn có nhiều lựa chọn kỳ lạ hơn để chế tạo nhiệt lượng kế, ví dụ, nhiệt lượng kế “spaghetti”, trong đó nhiều sợi quang thạch anh mỏng được nhúng trong một ma trận từ một bộ hấp thụ lớn, phát triển dọc theo nhiệt lượng kế như vậy, tạo ra ánh sáng Cherenkov trong thạch anh,. được đưa ra thông qua các sợi quang tới điểm cuối của nhiệt lượng kế.

Độ chính xác của việc tái tạo năng lượng hạt trong nhiệt lượng kế được cải thiện khi năng lượng tăng lên. Đối với các hạt có năng lượng hàng trăm GeV, sai số vào khoảng một phần trăm đối với nhiệt lượng kế điện từ và vài phần trăm đối với nhiệt lượng kế hadronic.

buồng Muôn

Một đặc điểm đặc trưng của muon là chúng mất năng lượng rất chậm khi di chuyển trong vật chất. Điều này là do, một mặt, chúng rất nặng nên không thể truyền năng lượng một cách hiệu quả cho các electron trong quá trình va chạm, thứ hai, chúng không tham gia vào các tương tác mạnh nên bị hạt nhân phân tán yếu. Kết quả là muon có thể bay nhiều mét vật chất trước khi dừng lại, thâm nhập vào những nơi mà không hạt nào khác có thể chạm tới.

Điều này một mặt khiến không thể đo năng lượng của muon bằng nhiệt lượng kế (xét cho cùng, muon không thể bị hấp thụ hoàn toàn), nhưng mặt khác, nó giúp phân biệt rõ ràng muon với các hạt khác. Trong các máy dò hiện đại buồng muon nằm ở các lớp ngoài cùng của máy dò, thậm chí thường nằm bên ngoài ách kim loại khổng lồ tạo ra từ trường trong máy dò. Những ống như vậy không đo năng lượng mà đo động lượng của muon, và có thể giả định một cách chắc chắn rằng những hạt này chính xác là muon chứ không phải bất cứ thứ gì khác. Có một số loại buồng muon được sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Nhận dạng hạt

Một câu hỏi riêng biệt là nhận dạng hạt, tức là tìm ra loại hạt nào đã bay qua máy dò. Điều này sẽ không khó nếu chúng ta biết khối lượng của hạt, nhưng chính xác đó là điều mà chúng ta thường không biết. Một mặt, về nguyên tắc, khối lượng có thể được tính bằng các công thức động học tương đối tính, biết năng lượng và động lượng của hạt, nhưng thật không may, sai số trong phép đo của chúng thường lớn đến mức không cho phép phân biệt, ví dụ, một pi-meson từ một muon do chúng ở gần nhau.

Trong tình huống này, có bốn phương pháp chính để xác định hạt:

Qua phản ứng trong các loại nhiệt lượng kế khác nhau và trong các ống muon.
Qua giải phóng năng lượng trong máy dò đường ray. Các hạt khác nhau tạo ra lượng ion hóa khác nhau trên mỗi centimet di chuyển và điều này có thể được đo bằng cường độ tín hiệu từ máy dò dấu vết.
Bằng cách sử dụng quầy Cherenkov. Nếu một hạt bay qua một chất trong suốt có chiết suất Nở tốc độ lớn hơn tốc độ ánh sáng trong vật liệu này (nghĩa là lớn hơn c/n), sau đó nó phát ra bức xạ Cherenkov theo những hướng xác định chính xác. Nếu chúng ta lấy aerogel làm chất phát hiện (chỉ số khúc xạ điển hình N= 1,03), thì bức xạ Cherenkov từ các hạt chuyển động với tốc độ 0,99 c và 0,995· c, sẽ thay đổi đáng kể.
Bằng cách sử dụng máy ảnh thời gian bay. Trong đó, bằng cách sử dụng các máy dò có độ phân giải thời gian rất cao, thời gian di chuyển của hạt trên một khu vực nhất định của buồng được đo và tốc độ của nó được tính từ đó.

Mỗi phương pháp này đều có những khó khăn và độ không chắc chắn riêng nên việc nhận dạng hạt thường không đảm bảo tính chính xác. Đôi khi một chương trình xử lý dữ liệu thô từ máy dò có thể kết luận rằng một muon đi qua máy dò trong khi thực tế nó là một hạt pion. Không thể loại bỏ hoàn toàn những lỗi như vậy. Tất cả những gì còn lại là nghiên cứu kỹ máy dò trước khi vận hành (ví dụ: sử dụng muon vũ trụ), tìm ra tỷ lệ phần trăm các trường hợp nhận dạng hạt không chính xác và sau đó luôn tính đến nó khi xử lý dữ liệu thực.

Yêu cầu đối với máy dò

Máy dò hạt hiện đại đôi khi được gọi là “anh cả” của máy ảnh kỹ thuật số. Tuy nhiên, cần nhớ rằng điều kiện hoạt động của máy ảnh và máy dò hoàn toàn khác nhau.

Trước hết, tất cả các phần tử máy dò phải được rất nhanh và được đồng bộ hóa rất chính xác với nhau. Tại Máy Va chạm Hadron Lớn, ở thời điểm cao nhất, các chùm sẽ va chạm với tốc độ 40 triệu lần mỗi giây. Trong mỗi va chạm, sự ra đời của các hạt sẽ để lại “hình ảnh” của chúng trong máy dò, và máy dò không được “nghẹt thở” với luồng “ảnh chụp nhanh” này. Kết quả là, trong 25 nano giây, cần phải thu thập tất cả sự ion hóa do các hạt bay để lại, biến nó thành tín hiệu điện, đồng thời làm sạch máy dò, chuẩn bị cho phần hạt tiếp theo. Trong 25 nano giây, các hạt chỉ bay được 7,5 mét, tương đương với kích thước của các máy dò lớn. Trong khi sự ion hóa từ các hạt bay đang tích tụ ở các lớp bên ngoài của máy dò, các hạt từ vụ va chạm tiếp theo đã bay qua các lớp bên trong của nó!

Yêu cầu quan trọng thứ hai đối với một máy dò là kháng bức xạ. Các hạt cơ bản tán xạ từ vị trí va chạm của các cục máu đông là bức xạ thực và rất mạnh. Ví dụ, liều hấp thụ dự kiến của bức xạ ion hóa mà máy dò đỉnh sẽ nhận được trong quá trình hoạt động là 300 kg cộng với tổng dòng neutron là 5·10 14 neutron trên cm 2 . Trong những điều kiện này, máy dò phải hoạt động trong nhiều năm mà vẫn hoạt động tốt. Điều này không chỉ áp dụng cho vật liệu của máy dò mà còn cho các thiết bị điện tử được đóng gói bên trong nó. Phải mất vài năm để tạo ra và thử nghiệm các thiết bị điện tử có khả năng chịu lỗi và hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt về bức xạ như vậy.

Một yêu cầu khác đối với thiết bị điện tử là tiêu tán năng lượng thấp. Không có không gian trống bên trong máy dò nhiều mét - mỗi centimet khối đều chứa đầy các thiết bị hữu ích. Hệ thống làm mát chắc chắn sẽ lấy đi khối lượng làm việc của máy dò - xét cho cùng, nếu một hạt bay trực tiếp qua ống làm mát, đơn giản là nó sẽ không được ghi nhận. Do đó, năng lượng giải phóng từ thiết bị điện tử (có nghĩa là hàng trăm nghìn bảng mạch và dây dẫn riêng lẻ thu thập thông tin từ tất cả các bộ phận của máy dò) phải ở mức tối thiểu.

Đọc thêm:

K. Nhóm. “Máy dò hạt cơ bản” // Siberian Chronograph, Novosibirsk, 1999.
Máy dò hạt (PDF, 1,8 MB).
Máy dò hạt // chương trong sách giáo khoa B. S. Ishkhanov, I. M. Kapitonov, E. I. Kabin. “Các hạt và hạt nhân. Cuộc thí nghiệm". M.: Nhà xuất bản MSU, 2005.
N. M. Nikityuk. Máy dò đỉnh microvertex chính xác (PDF, 2,9 Mb) // ECHAYA, v. 28, no. 1, tr.191–242 (1997).

Máy dò bảo vệ bức xạ

Máy dò vật lý hạt nhân và hạt

Máy dò bức xạ Cherenkov
Máy dò ion hóa khí

Máy dò cho thí nghiệm về chùm va chạm

Hiệu suất cao (tỷ lệ hạt bị mất hoặc được xác định kém thấp)
Khả năng tách các loại hạt khác nhau được tạo ra trong quá trình phân rã (pion, kaon, proton, v.v.)
Khả năng đo chính xác động lượng của các hạt tích điện để tái tạo lại khối lượng bất biến của các trạng thái không ổn định.
Khả năng đo chính xác năng lượng photon.

Hệ thống theo dõi

Hệ thống theo dõi thường dựa trên máy dò ion hóa khí hoặc máy dò silicon bán dẫn.

Hệ thống nhận dạng

bởi góc bức xạ của ánh sáng Cherenkov trong một bộ bức xạ đặc biệt (cũng như bởi thực tế là có hay không có bức xạ Cherenkov),
theo thời gian bay đến điểm đăng ký,
bởi mật độ ion hóa cụ thể của một chất.

Cùng với việc đo động lượng của hạt trong hệ thống theo dõi, điều này cung cấp thông tin về khối lượng và do đó, về loại hạt.

nhiệt lượng kế

Danh sách các máy dò đang hoạt động hoặc đang được xây dựng cho máy gia tốc chùm tia va chạm

Máy dò tại máy va chạm LHC (CERN)
Máy dò tại máy va chạm Tevatron
Máy dò tại máy va chạm electron-positron
- BaBar (máy va chạm PEP-II, SLAC)
- Belle (máy va chạm KEKB, KEK)
- BES (máy va chạm BEPC, Bắc Kinh)
- CLEO (máy va chạm CESR)
- KEDR (máy va chạm VEPP-4, Novosibirsk)
- KMD, SND (máy va chạm VEPP-2M, VEPP-2000, Novosibirsk)

Ứng dụng

Ngoài các thí nghiệm khoa học, máy dò hạt cơ bản còn được sử dụng trong các nhiệm vụ ứng dụng - trong y học (máy X-quang với liều phóng xạ thấp, chụp cắt lớp, xạ trị), khoa học vật liệu (phát hiện lỗ hổng), để kiểm tra hành khách trước chuyến bay. và hành lý tại sân bay.

Viết bình luận về bài viết “Máy dò hạt cơ bản”

Văn học

K. Nhóm. Máy dò hạt cơ bản. Novosibirsk Đồng hồ bấm giờ Siberia, 1999.
Grupen, C.(28 tháng 6 - 10 tháng 7 năm 1999). "Vật lý phát hiện hạt". Kỷ yếu hội nghị AIP, Thiết bị đo đạc trong Vật lý hạt cơ bản, VIII 536 : 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Co.. DOI:.
Máy dò bán dẫn trong đo liều bức xạ ion hóa / V.K. - M.: Atomizdat, 1973. - 179 tr.

Nikolaev, V. A. Máy dò vết vết ở trạng thái rắn trong nghiên cứu bức xạ / Nikolaev, V. A. - St. Petersburg. : Nhà xuất bản Bách khoa. Đại học, 2012. - 284 tr. - ISBN 978-5-7422-3530-9.

Buồng tỷ lệ và buồng trôi / Cuộc họp quốc tế về phương pháp buồng dây (17 - 20/6/1975; Dubna) .. - Bản mẫu: Dubna: Ed. inst. TÔI. Issled., 1975. - 344 tr. - ISBN 978-5-7422-3530-9.

Akimov, Yu. Máy dò khí bức xạ hạt nhân. - Bản mẫu: Dubna. : JINR, 2011. - 243 tr. - ISBN 978-5-9530-0272-1.

Một đoạn trích đặc trưng cho Máy dò hạt cơ bản

Pierre nghĩ: “Thật là một sự ác cảm kỳ lạ, nhưng trước khi tôi thực sự thích anh ấy.”
Trong mắt thế giới, Pierre là một quý ông vĩ đại, một người chồng hơi mù quáng và hài hước của một người vợ nổi tiếng, một người lập dị thông minh, không làm gì nhưng không làm hại ai, một người tốt bụng và tốt bụng. Trong suốt thời gian này, một công việc phát triển nội tâm phức tạp và khó khăn đã diễn ra trong tâm hồn Pierre, điều này đã bộc lộ cho anh rất nhiều điều và đưa anh đến nhiều nghi ngờ và niềm vui về mặt tinh thần.

Anh ấy tiếp tục cuốn nhật ký của mình, và đây là những gì anh ấy viết trong đó trong thời gian này:
“Ngày 24 tháng 11 ro.
“Tôi thức dậy lúc tám giờ, đọc Kinh thánh, sau đó đến văn phòng (Pierre, theo lời khuyên của một ân nhân, đã đến phục vụ một trong các ủy ban), quay lại ăn tối, ăn tối một mình (nữ bá tước có nhiều khách, khó chịu với tôi), ăn uống điều độ và Sau bữa trưa, tôi chép lại vở kịch cho các anh em. Vào buổi tối, tôi đến gặp nữ bá tước và kể một câu chuyện vui về B., và chỉ khi đó tôi mới nhớ ra rằng lẽ ra mình không nên làm điều này khi mọi người đã cười lớn.
“Tôi đi ngủ với tinh thần vui vẻ và bình yên. Lạy Chúa vĩ đại, xin giúp con bước đi trên đường lối của Ngài, 1) vượt qua một số cơn giận dữ - bằng sự im lặng, chậm rãi, 2) dục vọng - với sự tiết chế và ác cảm, 3) tránh xa sự phù phiếm, nhưng không tách mình ra khỏi a) các vấn đề công cộng, b) từ những mối quan tâm của gia đình, c) từ những mối quan hệ thân thiện và d) theo đuổi kinh tế.”
“Ngày 27 tháng 11.
“Tôi dậy muộn, tỉnh dậy và nằm trên giường một lúc lâu, chìm đắm trong sự lười biếng. Chúa ơi! Xin giúp con và thêm sức cho con để con có thể bước đi trong đường lối Ngài. Tôi đọc Kinh Thánh nhưng không có cảm giác thích hợp. Anh Urusov đến và nói về những điều phù phiếm của thế giới. Ông nói về kế hoạch mới của chủ quyền. Tôi bắt đầu lên án, nhưng tôi nhớ lại các quy tắc của mình và lời nói của ân nhân của chúng tôi rằng một Hội Tam Điểm chân chính phải là một người lao động siêng năng trong bang khi cần phải tham gia và là một người bình tĩnh suy ngẫm về những gì anh ta không được kêu gọi. Lưỡi của tôi là kẻ thù của tôi. Anh em G.V. và O. đến thăm tôi, có cuộc trò chuyện chuẩn bị cho việc nhận một người anh em mới. Họ giao cho tôi nhiệm vụ của một nhà hùng biện. Tôi cảm thấy yếu đuối và không xứng đáng. Sau đó họ bắt đầu nói về việc giải thích bảy cây cột và bậc thang của ngôi đền. 7 khoa học, 7 nhân đức, 7 tật xấu, 7 ân sủng của Chúa Thánh Thần. Anh O. nói rất hùng hồn. Vào buổi tối, việc chấp nhận đã diễn ra. Sự sắp xếp mới của mặt bằng đã góp phần rất lớn vào sự huy hoàng của cảnh tượng. Boris Drubetskoy đã được chấp nhận. Tôi đã đề xuất nó, tôi là nhà hùng biện. Một cảm giác lạ lùng làm tôi lo lắng suốt thời gian ở cùng anh trong ngôi đền tối tăm. Tôi thấy trong mình có một cảm giác căm ghét anh ta, điều mà tôi cố gắng vượt qua một cách vô ích. Và vì vậy, tôi thực sự muốn cứu anh ấy khỏi cái ác và dẫn anh ấy vào con đường của sự thật, nhưng những ý nghĩ xấu về anh ấy vẫn không rời bỏ tôi. Tôi tưởng mục đích của anh khi gia nhập hội chỉ là mong muốn được gần gũi hơn với mọi người, được lòng những người trong hội quán của chúng tôi. Ngoài lý do anh ta nhiều lần hỏi N. và S. có ở trong hộp của chúng tôi không (tôi không thể trả lời anh ta), ngoại trừ việc theo quan sát của tôi, anh ta không có khả năng cảm thấy tôn trọng Dòng thánh của chúng tôi và cũng vậy. bận rộn và hài lòng với con người bề ngoài, để mong muốn cải thiện tâm linh, tôi không có lý do gì để nghi ngờ anh ta; nhưng đối với tôi anh ta có vẻ không thành thật, và suốt thời gian tôi đứng nhìn anh ta trong ngôi đền tối tăm, tôi dường như đang mỉm cười khinh thường trước lời nói của tôi, và tôi thực sự muốn dùng thanh kiếm đâm vào bộ ngực trần của anh ta. Tôi đang cầm, chỉ vào nó. Tôi không thể hùng biện và không thể bày tỏ những nghi ngờ của mình một cách chân thành với các anh em và bậc thầy vĩ đại. Kiến trúc sư vĩ đại của thiên nhiên, hãy giúp tôi tìm ra những con đường đích thực dẫn ra khỏi mê cung của sự dối trá.”
Sau đó, cuốn nhật ký bị mất ba trang, và sau đó được viết như sau:
“Tôi đã nói chuyện một mình và lâu dài với anh V., người đã khuyên tôi nên bám lấy anh A. Nhiều điều, dù không xứng đáng, đã được tiết lộ cho tôi. Adonai là tên của Đấng Tạo Hóa của thế giới. Elohim là tên của người cai trị tất cả. Tên thứ ba, tên nói, có nghĩa là Tổng thể. Những cuộc trò chuyện với Anh V. củng cố, làm mới và củng cố tôi trên con đường nhân đức. Với anh ấy không có chỗ cho sự nghi ngờ. Đối với tôi, sự khác biệt giữa cách giảng dạy nghèo nàn về khoa học xã hội và cách giảng dạy thiêng liêng, bao trùm tất cả của chúng ta là rõ ràng. Khoa học nhân văn chia nhỏ mọi thứ - để hiểu, giết chết mọi thứ - để kiểm tra nó. Trong khoa học thánh thiện của Dòng, mọi thứ đều là một, mọi thứ đều được biết đến trong tổng thể và sự sống của nó. Trinity - ba nguyên tắc của sự vật - lưu huỳnh, thủy ngân và muối. Lưu huỳnh có đặc tính dẻo và bốc lửa; kết hợp với muối, ngọn lửa của nó khơi dậy cơn đói trong đó, qua đó nó thu hút thủy ngân, thu giữ, giữ lại và cùng nhau tạo ra các cơ thể riêng biệt. Thủy ngân là một bản chất tâm linh lỏng và dễ bay hơi - Chúa Kitô, Chúa Thánh Thần, Ngài."
“Ngày 3 tháng 12.
“Tôi thức dậy muộn, đọc Kinh thánh nhưng vô cảm. Sau đó anh ta đi ra ngoài và đi dạo quanh hội trường. Tôi muốn suy nghĩ, nhưng thay vào đó trí tưởng tượng của tôi lại tưởng tượng ra một sự việc xảy ra bốn năm trước. Ông Dolokhov, sau trận đấu tay đôi của tôi, gặp tôi ở Moscow, nói với tôi rằng ông ấy hy vọng rằng bây giờ tôi hoàn toàn yên tâm, mặc dù vợ tôi vắng mặt. Lúc đó tôi không trả lời gì cả. Bây giờ tôi nhớ lại tất cả các chi tiết của cuộc gặp gỡ này và trong tâm hồn tôi đã nói với anh ấy những lời lẽ ác độc nhất và những câu trả lời cay độc nhất. Tôi tỉnh táo lại và chỉ từ bỏ ý nghĩ này khi thấy mình đang trong cơn giận dữ; nhưng anh ta vẫn chưa ăn năn đủ về điều đó. Sau đó, Boris Drubetskoy đến và bắt đầu kể nhiều cuộc phiêu lưu khác nhau; Ngay từ lúc anh ấy đến, tôi đã không hài lòng với chuyến thăm của anh ấy và nói với anh ấy điều gì đó thật kinh tởm. Anh phản đối. Tôi nổi nóng và nói với anh ấy rất nhiều điều khó chịu, thậm chí thô lỗ. Anh ấy im lặng và tôi chỉ nhận ra điều đó khi đã quá muộn. Chúa ơi, tôi không biết phải đối phó với anh ta thế nào cả. Lý do cho điều này là niềm tự hào của tôi. Tôi đặt mình lên trên anh ta và do đó trở nên tồi tệ hơn anh ta rất nhiều, vì anh ta đang hạ thấp sự thô lỗ của tôi, và ngược lại, tôi khinh thường anh ta. Lạy Chúa, xin cho con được nhìn thấy nhiều hơn những điều ghê tởm của mình trước sự chứng kiến của anh ấy và hành động sao cho nó cũng có ích cho anh ấy. Sau bữa trưa, tôi ngủ thiếp đi và khi đang ngủ, tôi nghe rõ ràng có một giọng nói vang lên bên tai trái: “Ngày của bạn”.
“Trong giấc mơ, tôi thấy mình đang đi trong bóng tối và đột nhiên bị chó vây quanh, nhưng tôi bước đi mà không sợ hãi; bỗng một con nhỏ dùng răng ngoạm lấy đùi trái của tôi không chịu buông ra. Tôi bắt đầu nghiền nát nó bằng tay. Và ngay khi tôi xé nó ra, một cái khác, thậm chí còn lớn hơn, bắt đầu gặm nhấm tôi. Tôi bắt đầu nhấc nó lên và càng nâng lên thì nó càng to và nặng hơn. Và đột nhiên anh A. đến, nắm lấy tay tôi, dẫn tôi đến một tòa nhà, để vào đó tôi phải đi dọc theo một tấm ván hẹp. Tôi giẫm lên nó và tấm ván bị cong và rơi xuống, và tôi bắt đầu trèo lên hàng rào mà tôi gần như không thể với tới bằng tay. Sau nhiều nỗ lực, tôi lê người sao cho hai chân buông thõng một bên và thân mình ở bên kia. Tôi nhìn quanh và thấy anh A. đang đứng trên hàng rào và chỉ cho tôi một con hẻm rộng và một khu vườn, trong vườn có một tòa nhà rộng và đẹp. Tôi thức dậy. Lạy Chúa, Kiến trúc sư vĩ đại của thiên nhiên! Hãy giúp tôi xé bỏ những con chó - niềm đam mê của tôi và niềm đam mê cuối cùng trong số chúng, kết hợp sức mạnh của tất cả những niềm đam mê trước đó, và giúp tôi bước vào ngôi đền đức hạnh mà tôi đã đạt được trong một giấc mơ.
“Ngày 7 tháng 12.
“Tôi mơ thấy Joseph Alekseevich đang ngồi trong nhà tôi, tôi rất vui và muốn chữa trị cho anh ấy. Như thể tôi đang trò chuyện không ngừng với người lạ và chợt nhớ rằng anh ấy không thể thích điều này, và tôi muốn đến gần và ôm anh ấy. Nhưng vừa đến gần, tôi thấy sắc mặt thầy đã thay đổi, trở nên trẻ trung hơn, thầy đang lặng lẽ nói với tôi điều gì đó từ lời dạy của Tăng đoàn, nhỏ đến mức tôi không thể nghe được. Sau đó, dường như tất cả chúng tôi đều rời khỏi phòng và có điều gì đó kỳ lạ xảy ra. Chúng tôi ngồi hoặc nằm trên sàn. Anh ấy đã nói với tôi điều gì đó. Nhưng dường như tôi muốn cho anh ấy thấy sự nhạy cảm của mình và không cần nghe anh ấy nói, tôi bắt đầu tưởng tượng ra trạng thái nội tâm của mình và lòng thương xót của Chúa đã phủ bóng trên tôi. Và nước mắt tôi trào ra, và tôi mừng vì anh ấy đã nhận ra điều đó. Nhưng anh ấy nhìn tôi khó chịu và đứng dậy, dừng cuộc trò chuyện. Tôi trở nên sợ hãi và hỏi liệu những điều được nói có áp dụng cho tôi không; nhưng anh ấy không trả lời bất cứ điều gì, chỉ nhìn tôi bằng ánh mắt dịu dàng, rồi đột nhiên chúng tôi thấy mình đang ở trong phòng ngủ của tôi, nơi có một chiếc giường đôi. Anh nằm xuống mép đó, trong lòng tôi như bừng bừng khao khát được vuốt ve anh và nằm xuống ngay đó. Và dường như anh ấy đang hỏi tôi: “Hãy nói thật cho tôi biết, niềm đam mê chính của bạn là gì?” Bạn có nhận ra anh ấy không? Tôi nghĩ bạn đã nhận ra anh ấy rồi." Bối rối trước câu hỏi này, tôi trả lời rằng sự lười biếng là niềm đam mê chính của tôi. Anh lắc đầu không tin. Và tôi càng xấu hổ hơn khi trả lời rằng, tuy tôi sống với vợ, theo lời khuyên của anh ấy chứ không phải với tư cách là chồng của vợ. Về điều này, anh ấy phản đối rằng anh ấy không nên tước đoạt tình cảm của vợ mình và khiến tôi cảm thấy rằng đây là nghĩa vụ của mình. Nhưng tôi trả lời rằng tôi xấu hổ về điều này, và đột nhiên mọi thứ biến mất. Và tôi thức dậy, và tìm thấy trong suy nghĩ của mình đoạn Kinh thánh: Có ánh sáng trong con người, và ánh sáng chiếu vào bóng tối, và bóng tối không ôm lấy nó. Khuôn mặt của Joseph Alekseevich trẻ trung và tươi sáng. Vào ngày này, tôi nhận được một lá thư từ ân nhân của tôi, trong đó ông ấy viết về những nghĩa vụ của hôn nhân.”