Paredzams, ka eksperimentos ar lielo hadronu paātrinātāju tiks savākti datu petabaiti
Vēlāk šajā desmitgadē zinātnieki sāksdarbs ar modernizētu paātrinātāju High-Luminosity LHC (HL-LHC). Tas sadurs vairāk protonu ar visaugstāko spilgtumu. Ar tās palīdzību zinātnieki plāno novērot piecas līdz septiņas reizes (vismaz) vairāk sadursmju nekā šobrīd. Tagad pētnieki izstrādā tehnoloģijas, lai uzlabotu detektorus, lai tiktu galā ar palielināto spilgtumu.
Kādi atjauninājumi gaidāmi?
Inženieri atjaunina vairākas sistēmasCMS (Compact Muon Solenoid) eksperiments, kas palīdzēja atklāt Higsa bozonu 2012. gadā, kopā ar ATLAS eksperimentu. Simtiem cilvēku no universitātēm un laboratorijām visā pasaulē projektē, būvē un uzstāda jaunus detektoru komponentus. Šīs tehnoloģijas uzlabos esošo eksperimentu, kas darbojas vairāk nekā desmit gadus.
Eksperti uzlabo sešas galvenās jomas:izsekošanas sistēma, laika detektors, sprūda un datu iegūšanas sistēma, kā arī gala kalorimetrs un mucas kalorimetrs un visbeidzot muonu sistēma. CMS zinātnieki varēs precīzi izmērīt un labāk rekonstruēt daļiņu mijiedarbību detektorā. Tas radīs jaunu izpratni par mūsu Visuma uzbūvi.
izsekotājs
CMS izsekotājs parāda daļiņas ceļu caurimagnētiskais lauks. Tas sastāv no diviem komponentiem, iekšējā pikseļu detektora un ārējā joslas caurlaides detektora, kuri abi ir pilnībā nomaināmi. Izsekotājs ir iekšējā zona, kas jāuzlabo vistuvāk LHC protonu sadursmes vietai. Tā kā HL-LHC ātrāk saspiedīs protonus, daļiņu ceļi sāks strauji veidoties.
CMS detektors pabeidza vairākus uzlabojumus trīs gadu dīkstāves laikā, lai sagatavotos pašreizējai darbībai LHC.
Kredīts un autortiesības: Samuels Džozefs Hercogs, CERN
Jaunais pikseļu detektors ir vairākaugsta detalizācijas pakāpe. Zinātniekiem ir nepieciešams lielāks ātrums un augstāks detalizācijas līmenis, lai viņi varētu atklāt katru daļiņu. Pretējā gadījumā būs tik daudz daļiņu, ka zinātnieki to vienkārši ieraudzīs.
Līdzstrādnieki priekšpusē pievienos astoņus diskusiekšējais izsekotājs, paplašinot pikseļu detektora pārklājumu. Lai ātri apstrādātu datus, komanda apkopos un pievienos tūkstošiem mazu moduļu ārējam izsekotājam. Tie tiks aprīkoti ar sensoriem un lietojumprogrammām specifiskām integrālo shēmu mikroshēmām, kas nekavējoties sāks filtrēt un samazināt datus. Tātad ārējais izsekotājs apstrādās informāciju satriecošā ātrumā - 40 miljonus reižu sekundē.
Laika detektors
Laika detektors samazina ceļa juceklidaļiņas, sniedzot pētniekiem informāciju par to, kad daļiņa iekļuva detektorā. Izmantojot vēl nebijušu precizitāti daļiņu ierašanās laika mērījumos, fiziķi varēs atšķirt atsevišķas trajektorijas un rekonstruēt tās 4D formātā.
Laika detektoram ir mucas forma ar diviemgala vāciņi, un tā hermētiskais blīvējums novērsīs enerģijas zudumus un neļaus putekļiem. Modernizācijas komanda šobrīd projektē un veido moduļus, elektroniku un programmatūru pagaidu detektoram.
Trigeru un datu vākšanas sistēma
CMS detektors. Foto: Julian Knutzen
SPS aktivizētājs atlasa potenciāli interesantusadursmes notikumus un tver attiecīgos datus, atmetot “nevajadzīgos”, lai uzturētu pārvaldāmu datu apjomu. Darbojoties, viens no jaunajiem aktivizētājiem saņems informāciju no jaunināta ārējā izsekotāja. Tas izmantos mākslīgo intelektu un mašīnmācīšanos, lai savāktu lielu datu apjomu, kas sagaidāms no sadursmēm LHC.
Datu iegūšanas sistēmas jaunināšana ļaus komandai ātrāk savākt datus, lai sekotu līdzi pieaugošajam sadursmju biežumam LHC.
Kalorimetri
CMS ir aprīkota ar stobru un galukalorimetri - detektori, kas mēra daļiņu enerģiju. Beigas - blakus iekšējiem detektoriem un analizē daļiņu plūsmas no sadursmēm. Pašreizējais kalorimetrs tiks pilnībā aizstāts ar jaunu, ļoti detalizētu. Tas ir pirmais šāda veida modelis, kas tiek izmantots kolidera eksperimentā.
Detektoram būs uzlabots laiks untelpiskā izšķirtspēja. Tādā veidā zinātnieki precīzi rekonstruē daudzās saražotās daļiņas. Lai to uzbūvētu, darbinieki samontēs desmitiem tūkstošu moduļu ar maziem silīcija vai scintilācijas sensoriem. Moduļi veido simtiem kasešu ar integrētajām shēmām un elektroniku. Dati tiks apstrādāti tieši detektorā un pārsūtīti uz datu vākšanas sistēmu.
Komanda arī uzlabo daļu no cilindriskā elektromagnētiskā kalorimetra. Jaunā sistēma noderēs, lai apstrādātu palielināto datu plūsmu.
Muon sistēma
Galvenais ir vākt informāciju par mioniempar CMS. Daļiņu sadursmes mioni var nobraukt diezgan lielu attālumu bez mijiedarbības. Tāpēc detektora slānis atrodas ārpus kalorimetriem.
LHC tunelis, sektors 3-4. Foto: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, izmantojot Wikimedia Commons
Jaunā mionu sistēma tiks aprīkota ar modernizētuelektronika, labāka laika izšķirtspēja un palielināta spēja atklāt mionus, kas izplūst no stara plašākā leņķu diapazonā. Vairākas jaunas elektroniskās plates apstrādās un nolasīs datus. Inženieri arī uzlabo programmaparatūru un programmatūru, ko izmanto, lai kontrolētu elektroniku uz paneļiem.
Visi atjauninājumi ievērojami paplašinās CMS iespējas atklāt mūonus.
Kas tālāk?
CMS detektora jauninājums ir atšķirīgsposmos, bet viss beigās saplūst vienā punktā. Pēc gadiem ilgas prototipu izstrādes zinātnieki izveido vai iegādājas detaļas, izgatavo sistēmas komponentus dažādās ASV laboratorijās, pārbauda tos eksperimentos un pēc tam nogādā CERN eksperimentēšanai. Zinātnieki instalēs jaunināšanas komponentus LHC trešās ilgās izslēgšanas laikā, kas plānota no 2026. līdz 2028. gadam.
Pēc HL-LHC palaišanas palielinājās datu apjomspalīdzēs pētniekiem retu fizikālu procesu meklējumos un tālākā Higsa bozona izpētē. Zinātnieki uzskata, ka "dieva daļiņa" nodrošina mehānismu, ar kura palīdzību visas pārējās daļiņas iegūst savu masu. Tomēr zinātniekiem vēl ir daudz ko uzzināt par Visumu, pētot zināmo bozonu ar lielāku precizitāti.
Galu galā Higsa bozons tāds irpamatdaļiņa, ka ar to vien nepietiek. Zinātniekiem ir jābūt daudz papildu informācijas, lai izpētītu visas tā īpašības un panāktu izrāvienu.
Lasīt vairāk:
Senie vikingi cieta no bīstamas slimības. To izraisa parazīts no Āfrikas
Augs uz Marsa ražo skābekli tādā ātrumā kā vidējais koks
Fiziķi ir atdzesējuši atomus līdz rekorda temperatūrai. Tie ir miljards reižu aukstāki par kosmosu.
Vāka foto: Vidsplay in Abstract