Se espera que los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones recopilen petabytes de datos para
Más adelante en esta década, los científicos comenzarán atrabajando con un acelerador modernizado para el LHC de alta luminosidad (HL-LHC). Chocará más protones con el mayor brillo. Con su ayuda, los científicos planean observar de cinco a siete veces (al menos) más colisiones que las actuales. Ahora los investigadores están creando tecnologías para mejorar los detectores y poder hacer frente al aumento de brillo.
¿Qué actualizaciones esperar?
Los ingenieros están actualizando múltiples sistemasel experimento CMS (Compact Muon Solenoid), que ayudó a descubrir el bosón de Higgs en 2012, junto con el experimento ATLAS. Cientos de personas de universidades y laboratorios de todo el mundo diseñan, construyen e instalan nuevos componentes de detectores. Estas tecnologías mejorarán un experimento existente que ha estado en funcionamiento durante más de una década.
Los expertos están mejorando seis áreas clave:un sistema de seguimiento, un detector de tiempo, un disparador y un sistema de adquisición de datos, así como un calorímetro final y un calorímetro de barril, y finalmente un sistema de muones. Los científicos de CMS podrán medir con precisión y reconstruir mejor las interacciones de partículas en el detector. Esto conducirá a una nueva comprensión de la estructura de nuestro Universo.
rastreador
El rastreador CMS muestra la ruta de la partícula a través deun campo magnético Consta de dos componentes, un detector de píxeles interno y un detector de paso de banda externo, ambos completamente reemplazables. El rastreador es el área interna que se actualizará más cercana al sitio de colisión de protones del LHC. Dado que el HL-LHC empujará los protones juntos más rápido, las trayectorias de las partículas comenzarán a acumularse rápidamente.
El detector CMS completó varias actualizaciones durante su período de inactividad de tres años para prepararse para su funcionamiento actual en el LHC.
Crédito y derechos de autor: Samuel Joseph Herzog, CERN
El nuevo detector de píxeles es másun alto grado de detalle. Los científicos necesitan velocidades más altas y niveles más altos de detalle para poder detectar realmente cada partícula. De lo contrario, habrá tantas partículas que los científicos solo verán el punto.
Los colaboradores agregarán ocho discos al frenterastreador interno, ampliando la cobertura del detector de píxeles. Para procesar rápidamente los datos, el equipo ensamblará y agregará miles de pequeños módulos a un rastreador externo. Estarán equipados con sensores y chips de circuitos integrados específicos de la aplicación que comenzarán a filtrar y reducir los datos de inmediato. Entonces, el rastreador externo procesará la información a una velocidad asombrosa: 40 millones de veces por segundo.
detector de tiempo
El detector de tiempo reduce el desorden de la rutapartículas, proporcionando a los investigadores información sobre cuándo la partícula entró en el detector. Utilizando la precisión sin precedentes de las mediciones del tiempo de llegada de partículas, los físicos podrán distinguir trayectorias individuales y reconstruirlas en 4D.
El detector de tiempo tiene la forma de un barril con dostapas de los extremos, y su sello hermético evitará la pérdida de energía y evitará la entrada de polvo. El equipo de modernización ahora está diseñando y construyendo módulos, componentes electrónicos y software para el detector temporal.
Sistema de disparo y recopilación de datos.
detector de CMS. Foto: Julián Knutzen
El disparador CMS selecciona potencialmente interesanteeventos de colisión y captura los datos relevantes, descartando los "innecesarios" para mantener una cantidad manejable de datos. Cuando se ejecute, uno de los nuevos activadores recibirá información de un rastreador externo actualizado. Utilizará inteligencia artificial y aprendizaje automático para recopilar la gran cantidad de datos que se esperan de las colisiones en el LHC.
La actualización del sistema de adquisición de datos permitirá al equipo recopilar datos más rápido para mantenerse al día con la mayor frecuencia de colisiones en el LHC.
Calorímetros
CMS está equipado con barril y extremocalorímetros - detectores que miden la energía de las partículas. Fin: adyacente a los detectores internos y analiza los flujos de partículas de las colisiones. El calorímetro actual será completamente reemplazado por uno nuevo muy detallado. Es el primero de su tipo que se utiliza en un experimento colisionador.
El detector tendrá una mejor sincronización yresolucion espacial. De esta forma, los científicos reconstruyen con precisión las numerosas partículas producidas. Para construirlo, los empleados ensamblarán decenas de miles de módulos con pequeños sensores de centelleo o silicio. Los módulos forman cientos de casetes con circuitos integrados y electrónica. Los datos se procesarán directamente en el detector y se transmitirán al sistema de recopilación de datos.
El equipo también está actualizando parte del calorímetro electromagnético de barril. El nuevo sistema será útil para manejar el mayor flujo de datos.
sistema de muones
La recopilación de información sobre los muones es clavepara CMS. Los muones de las colisiones de partículas pueden viajar una gran distancia sin interactuar. Por eso la capa detectora está fuera de los calorímetros.
Túnel LHC, sector 3-4. Foto: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons
El nuevo sistema muon estará equipado con un modernizadoelectrónica, mejor resolución de tiempo y mayor capacidad para detectar muones que emergen del haz en una gama más amplia de ángulos. Varias tarjetas electrónicas nuevas procesarán y leerán los datos. Los ingenieros también están mejorando el firmware y el software utilizados para controlar los componentes electrónicos de las placas.
Todas las actualizaciones ampliarán significativamente las capacidades de CMS para detectar muones.
Que sigue
La actualización del detector CMS está en diferentesetapas, pero todo converge en un punto al final. Después de años de creación de prototipos, los científicos crean o compran piezas, fabrican componentes del sistema en varios laboratorios de EE. UU., los prueban a través de experimentos y luego los entregan al CERN para su experimentación. Los científicos instalarán los componentes de actualización durante el tercer cierre prolongado del LHC, programado para 2026-2028.
Tras el lanzamiento del HL-LHC, mayor volumen de datosayudará a los investigadores en la búsqueda de procesos físicos raros y en el estudio del bosón de Higgs. Los científicos creen que la "partícula divina" proporciona el mecanismo mediante el cual todas las demás partículas obtienen su masa. Sin embargo, los científicos aún tienen mucho que aprender sobre el Universo estudiando con mayor precisión el bosón conocido.
Después de todo, el bosón de Higgs es tanpartícula fundamental que no basta con descubrirla. Los científicos necesitan tener mucha información adicional para estudiar todas sus propiedades y lograr un gran avance.
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Foto de portada: Vidsplay en abstracto