من المتوقع أن تؤدي التجارب في مصادم الهادرونات الكبير إلى جمع بيتابايت من البيانات
وفي وقت لاحق من هذا العقد، سيبدأ العلماء في القيام بذلكالعمل مع مسرع حديث لمصادم LHC عالي السطوع (HL-LHC). وسوف تصطدم بمزيد من البروتونات بأعلى سطوع. وبمساعدتها، يخطط العلماء لرصد عدد من الاصطدامات أكبر بخمس إلى سبع مرات (على الأقل) مما هو عليه الآن. يقوم الباحثون الآن بإنشاء تقنيات لتحسين أجهزة الكشف للتعامل مع السطوع المتزايد.
ما التحديثات المتوقعة؟
يقوم المهندسون بترقية أنظمة متعددةتجربة CMS (Compact Muon Solenoid) ، والتي ساعدت في اكتشاف بوزون هيغز في عام 2012 ، جنبًا إلى جنب مع تجربة ATLAS. يقوم مئات الأشخاص من الجامعات والمختبرات حول العالم بتصميم وبناء وتركيب مكونات كاشف جديدة. ستعمل هذه التقنيات على تحسين التجربة الحالية التي كانت قيد التشغيل لأكثر من عقد من الزمان.
يقوم الخبراء بترقية ستة مجالات رئيسية:نظام تتبع ، وكاشف للوقت ، ومشغل ونظام للحصول على البيانات ، بالإضافة إلى مسعر نهاية ومسعر برميل ، وأخيراً نظام ميون. سيتمكن علماء CMS من قياس تفاعلات الجسيمات في الكاشف وإعادة بنائها بدقة. سيؤدي هذا إلى فهم جديد لهيكل كوننا.
تعقب
يعرض تعقب CMS مسار الجسيم من خلالهمجال مغناطيسي. يتكون من مكونين ، كاشف البكسل الداخلي وكاشف ممر النطاق الخارجي ، وكلاهما قابل للاستبدال تمامًا. المقتفي هو المنطقة الداخلية التي سيتم ترقيتها الأقرب إلى موقع اصطدام البروتون بمصادم الهادرونات الكبير. نظرًا لأن HL-LHC سيدفع البروتونات معًا بشكل أسرع ، ستبدأ مسارات الجسيمات في التراكم بسرعة.
أكمل كاشف CMS عدة ترقيات خلال فترة توقف مدتها ثلاث سنوات للتحضير لتشغيله الحالي في LHC.
الائتمان وحقوق النشر: Samuel Joseph Herzog، CERN
كاشف البكسل الجديد هو أكثر من ذلكدرجة عالية من التفاصيل. يحتاج العلماء إلى سرعات أعلى ومستويات أعلى من التفاصيل حتى يتمكنوا من اكتشاف كل جسيم على حدة. خلاف ذلك ، سيكون هناك الكثير من الجسيمات بحيث يرى العلماء البقعة.
سيضيف المتعاونون ثمانية أقراص في المقدمةتعقب داخلي ، توسيع تغطية كاشف البكسل. لمعالجة البيانات بسرعة ، سيقوم الفريق بتجميع وإضافة آلاف الوحدات الصغيرة إلى جهاز تعقب خارجي. سيتم تزويدها بأجهزة استشعار وشرائح الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق والتي ستبدأ على الفور في تصفية البيانات وتقليلها. لذا فإن المتعقب الخارجي سيعالج المعلومات بسرعة مذهلة - 40 مليون مرة في الثانية.
كاشف الوقت
يعمل كاشف الوقت على تقليل فوضى المسارالجسيمات ، مما يزود الباحثين بمعلومات حول وقت دخول الجسيم إلى الكاشف. باستخدام الدقة غير المسبوقة لقياسات وقت وصول الجسيمات ، سيتمكن الفيزيائيون من تمييز المسارات الفردية وإعادة بنائها في 4D.
كاشف الوقت له شكل برميل مع اثنينالأغطية الطرفية ، وختمها المحكم سيمنع فقدان الطاقة ويبقي الغبار بعيدًا. يقوم فريق التحديث الآن بتصميم وبناء وحدات وإلكترونيات وبرامج للكاشف المؤقت.
نظام الزناد وجمع البيانات
كاشف CMS. الصورة: جوليان كنوتزن
مشغل CMS يختار من المحتمل أن يكون مثيرًا للاهتمامأحداث التصادم والتقاط البيانات ذات الصلة، وتجاهل البيانات "غير الضرورية" للحفاظ على كمية يمكن التحكم فيها من البيانات. عند التشغيل، سيتلقى أحد المشغلات الجديدة معلومات من جهاز تعقب خارجي تمت ترقيته. وسوف يستخدم الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لجمع كمية كبيرة من البيانات المتوقعة من الاصطدامات في LHC.
سيسمح تحديث نظام الحصول على البيانات للفريق بجمع البيانات بشكل أسرع لمواكبة تكرار التصادمات المتزايدة في المصادم LHC.
المسعرات
تم تجهيز CMS مع برميل ونهايةcalorimeters - أجهزة الكشف التي تقيس طاقة الجسيمات. النهاية - مجاور للكاشفات الداخلية ويحلل تدفق الجسيمات من الاصطدامات. سيتم استبدال المسعر الحالي بالكامل بآخر جديد مفصل للغاية. إنه الأول من نوعه الذي يتم استخدامه في تجربة المصادم.
سيكون للكاشف تحسين توقيت والدقة المكاني. بهذه الطريقة ، يعيد العلماء بدقة بناء العديد من الجسيمات المنتجة. لإنشائه ، سيقوم الموظفون بتجميع عشرات الآلاف من الوحدات باستخدام مستشعرات صغيرة من السيليكون أو التلألؤ. تشكل الوحدات مئات الكاسيتات بدوائر متكاملة وإلكترونيات. ستتم معالجة البيانات مباشرة في الكاشف وإرسالها إلى نظام جمع البيانات.
يقوم الفريق أيضًا بترقية جزء من المسعر الكهرومغناطيسي الماسورة. سيكون النظام الجديد في متناول اليد للتعامل مع تدفق البيانات المتزايد.
نظام مون
جمع المعلومات حول الميونات هو المفتاحلـ CMS. يمكن للميونات الناتجة عن اصطدام الجسيمات أن تسافر مسافة بعيدة دون تفاعل. هذا هو السبب في أن طبقة الكاشف خارج المسعرات.
نفق المصادم LHC القطاع 3-4. الصورة: Maximilien Brice (CERN) ، CC BY-SA 3.0 ، عبر ويكيميديا كومنز
سيتم تجهيز نظام الميون الجديد بآخرإلكترونيات ، دقة زمنية أفضل ، وقدرة متزايدة على اكتشاف الميونات الخارجة من الحزمة في نطاق أوسع من الزوايا. ستقوم العديد من اللوحات الإلكترونية الجديدة بمعالجة البيانات وقراءتها. يعمل المهندسون أيضًا على تحسين البرامج الثابتة والبرامج المستخدمة للتحكم في الإلكترونيات على اللوحات.
ستعمل جميع التحديثات على توسيع قدرات CMS بشكل كبير لاكتشاف الميونات.
ما التالي؟
ترقية كاشف CMS مختلفةالمراحل ، لكن كل شيء يتقارب إلى نقطة واحدة في النهاية. بعد سنوات من وضع النماذج الأولية ، يقوم العلماء بإنشاء أو شراء أجزاء ، وتصنيع مكونات النظام في مختبرات أمريكية مختلفة ، واختبارها من خلال التجارب ، ثم تسليمها إلى CERN للتجربة. سيقوم العلماء بتثبيت مكونات الترقية خلال الإغلاق الطويل الثالث للمصادم LHC ، المقرر في 2026-2028.
بعد إطلاق HL-LHC، زاد حجم البياناتسيساعد الباحثين في البحث عن العمليات الفيزيائية النادرة ومواصلة دراسة بوزون هيغز. يعتقد العلماء أن "جسيم الإله" يوفر الآلية التي من خلالها تحصل جميع الجسيمات الأخرى على كتلتها. ومع ذلك، لا يزال أمام العلماء الكثير ليتعلموه عن الكون من خلال دراسة البوزون المعروف بدقة أكبر.
بعد كل شيء ، بوزون هيغز هو كذلكالجسيم الأساسي أن مجرد اكتشافه لا يكفي. يحتاج العلماء إلى الكثير من المعلومات الإضافية لدراسة جميع خصائصه وتحقيق اختراق.
قراءة المزيد:
عانى الفايكنج القدماء من مرض خطير. وهو ناتج عن طفيلي من إفريقيا
ينتج النبات على المريخ الأكسجين بمعدل متوسط الشجرة
قام الفيزيائيون بتبريد الذرات لتسجيل درجات الحرارة. إنها أبرد بمليار مرة من الفضاء الخارجي.
صورة الغلاف: Vidsplay في الملخص