Očekuje se da će eksperimenti na Velikom hadronskom sudaraču prikupiti petabajte podataka za
Kasnije ovog desetljeća, znanstvenici će početiradeći s moderniziranim akceleratorom za High-Luminosity LHC (HL-LHC). Sudarit će više protona s najvećim sjajem. Uz njegovu pomoć znanstvenici planiraju promatrati pet do sedam puta (najmanje) više sudara nego sada. Sada istraživači stvaraju tehnologije za poboljšanje detektora kako bi se nosili s povećanom svjetlinom.
Koja ažuriranja očekivati?
Inženjeri nadograđuju više sustavaeksperiment CMS (Compact Muon Solenoid), koji je pomogao otkriti Higgsov bozon 2012. godine, zajedno s eksperimentom ATLAS. Stotine ljudi sa sveučilišta i laboratorija diljem svijeta dizajniraju, izrađuju i instaliraju nove komponente detektora. Te će tehnologije poboljšati postojeći eksperiment koji je u tijeku više od desetljeća.
Stručnjaci nadograđuju šest ključnih područja:sustav praćenja, detektor vremena, okidač i sustav za prikupljanje podataka, kao i krajnji kalorimetar i bačvasti kalorimetar, te konačno mionski sustav. Znanstvenici CMS-a moći će precizno izmjeriti i bolje rekonstruirati interakcije čestica u detektoru. To će dovesti do novog razumijevanja strukture našeg Svemira.
tragač
CMS tracker prikazuje putanju česticemagnetsko polje. Sastoji se od dvije komponente, unutarnjeg detektora piksela i vanjskog pojasnog detektora, a oba su potpuno zamjenjiva. Tragač je unutarnje područje koje treba nadograditi najbliže mjestu sudara protona LHC-a. Budući da će HL-LHC brže spojiti protone, staze čestica počet će se brzo stvarati.
CMS detektor dovršio je nekoliko nadogradnji tijekom trogodišnjeg prekida rada kako bi se pripremio za trenutni rad u LHC-u.
Zasluge i autorska prava: Samuel Joseph Herzog, CERN
Novi detektor piksela je viševisok stupanj detalja. Znanstvenicima su potrebne veće brzine i više razine detalja kako bi zapravo mogli otkriti svaku pojedinu česticu. Inače će biti toliko čestica da će znanstvenici samo vidjeti to mjesto.
Suradnici će dodati osam diskova na prednju stranuinterni tracker, proširujući pokrivenost detektora piksela. Kako bi brzo obradili podatke, tim će sastaviti i dodati tisuće malih modula u vanjski uređaj za praćenje. Oni će biti opremljeni senzorima i čipovima integriranih krugova za specifične aplikacije koji će odmah početi filtrirati i reducirati podatke. Tako će vanjski uređaj za praćenje obrađivati informacije nevjerojatnom brzinom - 40 milijuna puta u sekundi.
Detektor vremena
Detektor vremena smanjuje nered na putučestica, pružajući istraživačima informacije o tome kada je čestica ušla u detektor. Koristeći neviđenu točnost mjerenja vremena dolaska čestica, fizičari će moći razlikovati pojedinačne putanje i rekonstruirati ih u 4D.
Detektor vremena ima oblik bačve s dvazavršne kapice, a njegova hermetička brtva spriječit će gubitak energije i zadržati prašinu. Tim za modernizaciju sada dizajnira i izrađuje module, elektroniku i softver za privremeni detektor.
Okidač i sustav prikupljanja podataka
CMS detektor. Fotografija: Julian Knutzen
CMS okidač odabire potencijalno zanimljivedogađaje sudara i bilježi relevantne podatke, odbacujući one "nepotrebne" kako bi se održala količina podataka kojom se može upravljati. Prilikom pokretanja, jedan od novih okidača će primati informacije od nadograđenog vanjskog uređaja za praćenje. Koristit će umjetnu inteligenciju i strojno učenje za prikupljanje velike količine podataka koji se očekuju od sudara u LHC-u.
Nadogradnja sustava za prikupljanje podataka omogućit će timu brže prikupljanje podataka kako bi održali korak s povećanom učestalošću sudara u LHC-u.
Kalorimetri
CMS je opremljen bačvom i krajemkalorimetri – detektori koji mjere energiju čestica. Kraj - uz unutarnje detektore i analizira tokove čestica od sudara. Sadašnji kalorimetar bit će potpuno zamijenjen novim vrlo detaljnim. To je prvi takve vrste koji se koristi u eksperimentu sudarača.
Detektor će imati poboljšano vrijeme iProstorna rezolucija. Na taj način znanstvenici precizno rekonstruiraju brojne proizvedene čestice. Kako bi ga izgradili, zaposlenici će sastaviti desetke tisuća modula s malim silicijskim ili scintilacijskim senzorima. Moduli tvore stotine kazeta s integriranim krugovima i elektronikom. Podaci će se obrađivati izravno na detektoru i prenositi u sustav za prikupljanje podataka.
Tim također nadograđuje dio bačvastog elektromagnetskog kalorimetra. Novi sustav će dobro doći za rukovanje povećanim protokom podataka.
Mionski sustav
Prikupljanje informacija o mionima je ključnoza CMS. Mioni iz sudara čestica mogu prijeći veliku udaljenost bez interakcije. Zbog toga je sloj detektora izvan kalorimetara.
LHC tunel, sektor 3-4. Fotografija: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, putem Wikimedia Commons
Novi mionski sustav bit će opremljen moderniziranimelektronika, bolja vremenska rezolucija i povećana sposobnost detekcije miona koji izlaze iz snopa pod širim rasponom kutova. Nekoliko novih elektroničkih ploča će obrađivati i čitati podatke. Inženjeri također poboljšavaju firmware i softver koji se koristi za kontrolu elektronike na pločama.
Sva ažuriranja značajno će proširiti mogućnosti CMS-a za otkrivanje miona.
Što je sljedeće?
Nadogradnja CMS detektora je drugačijafaze, ali sve se na kraju svodi na jednu točku. Nakon godina izrade prototipova, znanstvenici stvaraju ili kupuju dijelove, proizvode komponente sustava u raznim američkim laboratorijima, testiraju ih eksperimentima, a zatim ih isporučuju u CERN na eksperimentiranje. Znanstvenici će instalirati komponente za nadogradnju tijekom trećeg dugog gašenja LHC-a, planiranog za 2026.-2028.
Nakon lansiranja HL-LHC-a, povećana količina podatakapomoći će istraživačima u potrazi za rijetkim fizikalnim procesima i daljnjem proučavanju Higgsovog bozona. Znanstvenici vjeruju da "božja čestica" osigurava mehanizam kojim sve ostale čestice dobivaju svoju masu. Međutim, znanstvenici još moraju mnogo naučiti o svemiru proučavajući poznati bozon s većom preciznošću.
Uostalom, Higgsov bozon je takavtemeljna čestica koju samo otkriti nije dovoljno. Znanstvenici trebaju imati mnogo dodatnih informacija kako bi proučili sva njegova svojstva i napravili pomak.
Čitaj više:
Drevni Vikinzi bolovali su od opasne bolesti. Uzrokuje ga parazit iz Afrike
Biljka na Marsu proizvodi kisik brzinom prosječnog stabla
Fizičari su ohladili atome na rekordne temperature. Oni su milijardu puta hladniji od svemira.
Naslovna fotografija: Vidsplay in Abstract