A Large Hadron Collidernél végzett kísérletek várhatóan petabájtnyi adatot fognak gyűjteni
Később ebben az évtizedben a tudósok elkezdikmodernizált gyorsítóval dolgozik a High-Luminosity LHC (HL-LHC) számára. Több proton ütközik majd a legnagyobb fényerővel. Segítségével a jelenleginél ötször-hétszer (legalább) több ütközést terveznek megfigyelni a tudósok. A kutatók most olyan technológiákat hoznak létre, amelyek javítják a detektorokat, hogy megbirkózzanak a megnövekedett fényerővel.
Milyen frissítések várhatók?
A mérnökök több rendszert is frissíteneka CMS (Compact Muon Solenoid) kísérlet, amely 2012-ben segített felfedezni a Higgs-bozont, az ATLAS kísérlettel együtt. Világszerte egyetemeken és laboratóriumokban dolgozók százai terveznek, építenek és telepítenek új detektorelemeket. Ezek a technológiák javítani fognak egy már több mint egy évtizede működő kísérleten.
A szakértők hat kulcsfontosságú területet korszerűsítenek:nyomkövető rendszer, idődetektor, trigger és adatgyűjtő rendszer, valamint végkaloriméter és hordókaloriméter, végül müonrendszer. A CMS-tudósok képesek lesznek pontosan mérni és jobban rekonstruálni a részecskekölcsönhatásokat a detektorban. Ez az univerzumunk szerkezetének új megértéséhez vezet.
nyomozó
A CMS nyomkövető megjeleníti a részecske útvonalátegy mágneses mező. Két részből áll, egy belső pixeldetektorból és egy külső sáváteresztő detektorból, mindkettő teljesen cserélhető. A nyomkövető az LHC protonütközési helyéhez legközelebbi fejlesztendő belső terület. Mivel a HL-LHC gyorsabban nyomja össze a protonokat, a részecskepályák gyorsan felépülnek.
A CMS detektor több frissítést is végrehajtott egy hároméves leállás alatt, hogy felkészüljön az LHC jelenlegi működésére.
Hitel és szerzői jog: Samuel Joseph Herzog, CERN
Az új pixeldetektor többnagyfokú részletesség. A tudósoknak nagyobb sebességre és magasabb szintű részletezésre van szükségük ahhoz, hogy minden egyes részecskét valóban észlelni tudjanak. Ellenkező esetben annyi részecske lesz, hogy a tudósok csak meglátják a foltot.
Az együttműködők nyolc lemezt adnak hozzá az előlaphozbelső nyomkövető, bővítve a pixeldetektor lefedettségét. Az adatok gyors feldolgozása érdekében a csapat több ezer kis modult állít össze és ad hozzá egy külső nyomkövetőhöz. Szenzorokkal és alkalmazás-specifikus integrált áramköri chipekkel lesznek felszerelve, amelyek azonnal megkezdik az adatok szűrését és csökkentését. Tehát a külső nyomkövető elképesztő sebességgel dolgozza fel az információkat - másodpercenként 40 millió alkalommal.
Idő detektor
Az időérzékelő csökkenti az út zűrzavarátrészecskéket, információkat nyújtva a kutatóknak arról, hogy mikor került a részecske a detektorba. A részecskék érkezési idejének mérésének példátlan pontossága segítségével a fizikusok képesek lesznek megkülönböztetni az egyes pályákat, és 4D-ben rekonstruálni.
Az időérzékelő hordó alakú, kettővelzárósapkák, és hermetikus tömítése megakadályozza az energiaveszteséget és távol tartja a port. A modernizációs csapat jelenleg modulokat, elektronikát és szoftvert tervez és épít az ideiglenes detektorhoz.
Trigger és adatgyűjtő rendszer
CMS detektor. Fotó: Julian Knutzen
A CMS-indító potenciálisan érdekeset választ kiütközési eseményeket, és rögzíti a releváns adatokat, eldobva a „feleslegeseket” a kezelhető adatmennyiség fenntartása érdekében. Futás közben az egyik új trigger egy frissített külső nyomkövetőtől kap információkat. Mesterséges intelligencia és gépi tanulás segítségével fogja összegyűjteni az LHC-ben bekövetkezett ütközésekből várható nagy mennyiségű adatot.
Az adatgyűjtő rendszer frissítése lehetővé teszi a csapat számára, hogy gyorsabban gyűjtsön adatokat, hogy lépést tudjon tartani az LHC-nél megnövekedett ütközések gyakoriságával.
Kaloriméterek
A CMS hordóval és véggel van felszerelvekaloriméterek - detektorok, amelyek mérik a részecskék energiáját. Vége - a belső detektorok mellett, és elemzi az ütközésekből származó részecskeáramlásokat. A jelenlegi kalorimétert teljesen felváltja egy új, rendkívül részletes. Ez az első a maga nemében, amelyet ütköztetős kísérletben alkalmaznak.
Az érzékelő jobb időzítéssel éstérbeli felbontás. Ily módon a tudósok pontosan rekonstruálják a sok előállított részecskét. Ennek megépítéséhez az alkalmazottak több tízezer modult szerelnek össze kis szilícium- vagy szcintillációs érzékelőkkel. A modulok több száz kazettát alkotnak integrált áramkörökkel és elektronikával. Az adatokat közvetlenül a detektoron dolgozzák fel és továbbítják az adatgyűjtő rendszerbe.
A csapat a hordós elektromágneses kaloriméter egy részét is fejleszti. Az új rendszer jól jön majd a megnövekedett adatáramlás kezelésére.
Muon rendszer
A müonokról való információgyűjtés kulcsfontosságúa CMS számára. A részecskék ütközéséből származó müonok meglehetősen nagy távolságot tehetnek meg anélkül, hogy kölcsönhatásba lépnének. Ezért van a detektorréteg a kalorimétereken kívül.
LHC alagút, 3-4 szektor. Fotó: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons
Az új müonrendszert modernizáltelektronika, jobb időfelbontás, valamint a nyalábból kilépő müonok szélesebb szögtartományban történő észlelésének képessége. Számos új elektronikus tábla fogja feldolgozni és olvasni az adatokat. A mérnökök a kártyákon lévő elektronika vezérléséhez használt firmware-t és szoftvert is fejlesztik.
Minden frissítés jelentősen kibővíti a CMS müonok észlelésére vonatkozó képességeit.
Mi a következő?
A CMS detektor frissítése eltérőszakaszaiban, de végül minden egy ponthoz konvergál. Évekig tartó prototípuskészítés után a tudósok alkatrészeket készítenek vagy vásárolnak, rendszerelemeket gyártanak le különböző amerikai laboratóriumokban, kísérletekkel tesztelik, majd a CERN-hez szállítják kísérletezésre. A tudósok az LHC harmadik, 2026-2028-ra tervezett hosszú leállása során telepítik a frissítő komponenseket.
A HL-LHC elindítása után megnövekedett az adatmennyiségsegíti a kutatókat a ritka fizikai folyamatok felkutatásában és a Higgs-bozon további tanulmányozásában. A tudósok úgy vélik, hogy az "isten részecske" biztosítja azt a mechanizmust, amellyel az összes többi részecske eléri a tömegét. A tudósoknak azonban még sokat kell tanulniuk az Univerzumról az ismert bozon pontosabb tanulmányozásával.
Hiszen a Higgs-bozon olyanalapvető részecske, hogy nem elég csupán felfedezni. A tudósoknak sok további információra van szükségük ahhoz, hogy tanulmányozzák minden tulajdonságát és áttörést érjenek el.
Olvass tovább:
Az ókori vikingek veszélyes betegségben szenvedtek. Egy Afrikából származó parazita okozza
A Marson lévő növény egy átlagos fa sebességével termel oxigént
A fizikusok rekord hőmérsékletre hűtötték le az atomokat. Milliárdszor hidegebbek, mint a világűr.
Borítókép: Vidsplay in Abstract