Tikimasi, kad atliekant eksperimentus su dideliu hadronų greitintuvu bus surinkti petabaitai duomenų
Vėliau šį dešimtmetį mokslininkai pradėsdarbas su modernizuotu greitintuvu, skirtu High-Luminosity LHC (HL-LHC). Jis susidurs su daugiau protonų, kurių ryškumas yra didžiausias. Su jo pagalba mokslininkai planuoja stebėti penkis ar septynis kartus (bent) daugiau susidūrimų nei dabar. Dabar mokslininkai kuria technologijas, skirtas pagerinti detektorius, kad jie galėtų susidoroti su padidėjusiu ryškumu.
Kokių atnaujinimų tikėtis?
Inžinieriai atnaujina kelias sistemasCMS (Compact Muon Solenoid) eksperimentas, padėjęs atrasti Higso bozoną 2012 m., kartu su ATLAS eksperimentu. Šimtai žmonių iš universitetų ir laboratorijų visame pasaulyje kuria, kuria ir montuoja naujus detektorių komponentus. Šios technologijos pagerins esamą eksperimentą, kuris veikia daugiau nei dešimtmetį.
Ekspertai atnaujina šešias pagrindines sritis:sekimo sistema, laiko detektorius, trigeris ir duomenų rinkimo sistema, taip pat galutinis kalorimetras ir statinės kalorimetras ir galiausiai miuonų sistema. CMS mokslininkai galės tiksliai išmatuoti ir geriau rekonstruoti dalelių sąveiką detektoriuje. Tai leis naujai suprasti mūsų visatos struktūrą.
seklys
TVS sekimo priemonė rodo dalelės keliąmagnetinis laukas. Jį sudaro du komponentai – vidinis pikselių detektorius ir išorinis dažnių juostos pralaidumo detektorius, kurie abu yra visiškai keičiami. Sekiklis yra vidinė sritis, kurią reikia atnaujinti arčiausiai LHC protonų susidūrimo vietos. Kadangi HL-LHC greičiau sustums protonus, dalelių keliai pradės sparčiai kurtis.
CMS detektorius buvo atnaujintas per trejus metus trukusią prastovą, kad būtų galima pasiruošti dabartiniam veikimui LHC.
Kreditas ir autorių teisės: Samuelis Josephas Herzogas, CERN
Naujasis pikselių detektorius yra daugiauaukštas detalumo laipsnis. Mokslininkams reikia didesnio greičio ir didesnio detalumo lygio, kad jie iš tikrųjų galėtų aptikti kiekvieną dalelę. Priešingu atveju dalelių bus tiek daug, kad mokslininkai tiesiog pamatys tą vietą.
Bendradarbiai priekyje pridės aštuonis diskusvidinis sekiklis, praplečiantis pikselių detektoriaus aprėptį. Norėdami greitai apdoroti duomenis, komanda surinks ir pridės tūkstančius mažų modulių prie išorinio stebėjimo priemonės. Juose bus sumontuoti jutikliai ir konkrečioms programoms pritaikytos integrinių grandynų lustai, kurie iš karto pradės filtruoti ir mažinti duomenis. Taigi išorinis sekiklis apdoros informaciją stulbinančiu greičiu – 40 milijonų kartų per sekundę.
Laiko detektorius
Laiko detektorius sumažina kelio netvarkądalelių, suteikiant mokslininkams informaciją apie tai, kada dalelė pateko į detektorių. Naudodami precedento neturintį dalelių atvykimo laiko matavimų tikslumą, fizikai galės atskirti atskiras trajektorijas ir jas rekonstruoti 4D formatu.
Laiko detektorius yra statinės formos su dviemgalinius dangtelius, o hermetiškas sandariklis neleis prarasti energijos ir nepatekti dulkių. Šiuo metu modernizavimo komanda projektuoja ir kuria laikinojo detektoriaus modulius, elektroniką ir programinę įrangą.
Trigerio ir duomenų rinkimo sistema
CMS detektorius. Nuotrauka: Julianas Knutzenas
TVS aktyviklis pasirenka potencialiai įdomųsusidūrimo įvykius ir užfiksuoja atitinkamus duomenis, atmesdami „nereikalingus“, kad išlaikytų valdomą duomenų kiekį. Vykdant vienas iš naujų aktyviklių gaus informaciją iš atnaujinto išorinio stebėjimo priemonės. Jis naudos dirbtinį intelektą ir mašininį mokymąsi, kad surinktų didelį duomenų kiekį, kurio tikimasi iš susidūrimų LHC.
Duomenų rinkimo sistemos atnaujinimas leis komandai greičiau rinkti duomenis, kad galėtų neatsilikti nuo padažnėjusių susidūrimų LHC.
Kalorimetrai
CMS yra su vamzdeliu ir galukalorimetrai – detektoriai, matuojantys dalelių energiją. Pabaiga – greta vidinių detektorių ir analizuoja dalelių srautus nuo susidūrimų. Dabartinis kalorimetras bus visiškai pakeistas nauju labai detaliu. Tai pirmasis tokio tipo bandymas, naudojamas greitintuvo eksperimente.
Detektorius turės patobulintą laiką irerdvinė raiška. Tokiu būdu mokslininkai tiksliai atkuria daugybę pagamintų dalelių. Norėdami jį pastatyti, darbuotojai surinks dešimtis tūkstančių modulių su mažais silicio ar scintiliacijos jutikliais. Moduliai sudaro šimtus kasečių su integriniais grandynais ir elektronika. Duomenys bus apdorojami tiesiogiai detektoriuje ir perduodami į duomenų rinkimo sistemą.
Komanda taip pat atnaujina dalį vamzdinio elektromagnetinio kalorimetro. Naujoji sistema pravers tvarkyti padidėjusį duomenų srautą.
Miuonų sistema
Labai svarbu rinkti informaciją apie miuonusskirta TVS. Dalelių susidūrimo miuonai gali nukeliauti gana ilgą atstumą be sąveikos. Štai kodėl detektoriaus sluoksnis yra už kalorimetrų ribų.
LHC tunelis, 3-4 sektorius. Nuotrauka: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, per Wikimedia Commons
Naujoje miuonų sistemoje bus įrengta modernizuotaelektronika, geresnė laiko skiriamoji geba ir didesnė galimybė platesniu kampų diapazonu aptikti iš pluošto kylančius miuonus. Kelios naujos elektroninės plokštės apdoros ir skaitys duomenis. Inžinieriai taip pat tobulina programinę-aparatinę įrangą ir programinę įrangą, naudojamą valdyti plokščių elektroniką.
Visi atnaujinimai žymiai išplės TVS galimybes aptikti miuonus.
Kas toliau?
TVS detektoriaus atnaujinimas skiriasietapais, bet viskas galiausiai susijungia į vieną tašką. Po daugelio prototipų kūrimo mokslininkai kuria arba perka dalis, gamina sistemos komponentus įvairiose JAV laboratorijose, išbando juos eksperimentais ir pristato į CERN eksperimentuoti. Mokslininkai įdiegs atnaujinimo komponentus per trečiąjį ilgą LHC išjungimą, kuris numatytas 2026–2028 m.
Po HL-LHC paleidimo padidėjo duomenų kiekispadės mokslininkams ieškant retų fizikinių procesų ir toliau tiriant Higso bozoną. Mokslininkai mano, kad „dievo dalelė“ suteikia mechanizmą, kuriuo visos kitos dalelės įgyja savo masę. Tačiau mokslininkai dar turi daug ką sužinoti apie Visatą, tiksliau tyrinėdami žinomą bozoną.
Juk Higso bozonas toks yrapagrindinė dalelė, kad vien ją atrasti neužtenka. Mokslininkai turi turėti daug papildomos informacijos, kad galėtų ištirti visas jo savybes ir padaryti proveržį.
Skaityti daugiau:
Senovės vikingai sirgo pavojinga liga. Ją sukelia parazitas iš Afrikos
Marse esantis augalas gamina deguonį tokiu greičiu, kaip vidutinis medis
Fizikai atšaldė atomus iki rekordinės temperatūros. Jie yra milijardą kartų šaltesni už kosmosą.
Viršelio nuotrauka: Vidsplay in Abstract