Verwacht wordt dat experimenten met de Large Hadron Collider petabytes aan gegevens zullen verzamelen
Later dit decennium zullen wetenschappers daarmee beginnenwerken met een gemoderniseerde versneller voor de High-Luminosity LHC (HL-LHC). Bij de hoogste helderheid zullen er meer protonen botsen. Met zijn hulp zijn wetenschappers van plan vijf tot zeven keer (minstens) meer botsingen waar te nemen dan nu. Nu creëren onderzoekers technologieën om detectoren te verbeteren om met de toegenomen helderheid om te gaan.
Welke updates kunt u verwachten?
Ingenieurs upgraden meerdere systemenhet CMS-experiment (Compact Muon Solenoid), waarmee in 2012 het Higgs-deeltje werd ontdekt, samen met het ATLAS-experiment. Honderden mensen van universiteiten en laboratoria over de hele wereld ontwerpen, bouwen en installeren nieuwe detectorcomponenten. Deze technologieën zullen een verbetering zijn van een bestaand experiment dat al meer dan tien jaar in gebruik is.
Experts upgraden zes belangrijke gebieden:een volgsysteem, een tijddetector, een trigger en een data-acquisitiesysteem, evenals een eindcalorimeter en een barrel-calorimeter, en tenslotte een muonsysteem. CMS-wetenschappers zullen in staat zijn om deeltjesinteracties in de detector nauwkeurig te meten en beter te reconstrueren. Dit zal leiden tot een nieuw begrip van de structuur van ons universum.
spoorzoeker
De CMS-tracker toont het pad van het deeltje dooreen magnetisch veld. Het bestaat uit twee componenten, een interne pixeldetector en een externe bandpassdetector, die beide volledig vervangbaar zijn. De tracker is het binnenste gebied dat het dichtst bij de LHC-protonbotsingsplaats moet worden opgewaardeerd. Omdat de HL-LHC de protonen sneller naar elkaar toe duwt, zullen de deeltjespaden zich snel gaan opbouwen.
De CMS-detector heeft tijdens een downtime van drie jaar verschillende upgrades voltooid ter voorbereiding op zijn huidige gebruik bij de LHC.
Krediet en auteursrecht: Samuel Joseph Herzog, CERN
De nieuwe pixeldetector is meereen hoge mate van detail. Wetenschappers hebben hogere snelheden en hogere detailniveaus nodig, zodat ze elk afzonderlijk deeltje kunnen detecteren. Anders zullen er zoveel deeltjes zijn dat wetenschappers de plek gewoon zullen zien.
Medewerkers voegen acht schijven toe aan de voorkantinterne tracker, waardoor de dekking van de pixeldetector wordt uitgebreid. Om gegevens snel te verwerken, zal het team duizenden kleine modules samenstellen en toevoegen aan een externe tracker. Ze zullen worden uitgerust met sensoren en toepassingsspecifieke chips voor geïntegreerde schakelingen die onmiddellijk beginnen met het filteren en verminderen van gegevens. Dus de externe tracker verwerkt informatie met een duizelingwekkende snelheid - 40 miljoen keer per seconde.
Tijddetector
Tijddetector vermindert rommel op het paddeeltjes, waardoor onderzoekers informatie krijgen over wanneer het deeltje de detector is binnengekomen. Met behulp van de ongekende nauwkeurigheid van metingen van de aankomsttijd van deeltjes, zullen natuurkundigen in staat zijn om individuele trajecten te onderscheiden en deze in 4D te reconstrueren.
De tijddetector heeft de vorm van een ton met tweeeindkappen en de hermetische afdichting voorkomen energieverlies en houden stof buiten. Het moderniseringsteam ontwerpt en bouwt nu modules, elektronica en software voor de tijdelijke detector.
Trigger- en gegevensverzamelingssysteem
CMS-detector. Foto: Julian Knutzen
CMS-trigger selecteert potentieel interessantbotsingsgebeurtenissen en legt de relevante gegevens vast, waarbij ‘onnodige’ gegevens worden weggegooid om een beheersbare hoeveelheid gegevens te behouden. Wanneer deze actief is, ontvangt een van de nieuwe triggers informatie van een geüpgradede externe tracker. Het zal gebruik maken van kunstmatige intelligentie en machinaal leren om de grote hoeveelheid gegevens te verzamelen die verwacht worden van botsingen bij de LHC.
Door het data-acquisitiesysteem te upgraden, kan het team sneller gegevens verzamelen om gelijke tred te houden met de toegenomen frequentie van botsingen bij de LHC.
Calorimeters
CMS is uitgerust met barrel en endcalorimeters - detectoren die de energie van deeltjes meten. Einde - grenzend aan de interne detectoren en analyseert deeltjesstromen van botsingen. De huidige calorimeter wordt volledig vervangen door een nieuwe zeer gedetailleerde. Het is de eerste in zijn soort die wordt gebruikt in een collider-experiment.
De detector heeft een verbeterde timing enruimtelijke resolutie. Op deze manier reconstrueren wetenschappers nauwkeurig de vele geproduceerde deeltjes. Om het te bouwen, assembleren medewerkers tienduizenden modules met kleine silicium- of scintillatiesensoren. De modules vormen honderden cassettes met geïntegreerde schakelingen en elektronica. De gegevens worden direct bij de detector verwerkt en naar het gegevensverzamelingssysteem verzonden.
Het team is ook bezig met het upgraden van een deel van de barreled elektromagnetische calorimeter. Het nieuwe systeem zal goed van pas komen om de toegenomen datastroom aan te kunnen.
Muon-systeem
Het verzamelen van informatie over muonen is de sleutelvoor CMS. Muonen van deeltjesbotsingen kunnen een behoorlijke afstand afleggen zonder interactie. Daarom bevindt de detectorlaag zich buiten de calorimeters.
LHC-tunnel, sector 3-4. Foto: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Het nieuwe muon-systeem zal worden uitgerust met een gemoderniseerdelektronica, een betere tijdsresolutie en een groter vermogen om muonen te detecteren die onder een groter aantal hoeken uit de bundel komen. Verschillende nieuwe elektronische borden zullen de gegevens verwerken en lezen. De ingenieurs verbeteren ook de firmware en software die worden gebruikt om de elektronica op de borden aan te sturen.
Alle updates zullen de mogelijkheden van CMS om muonen te detecteren aanzienlijk uitbreiden.
Wat is de volgende stap?
De upgrade van de CMS-detector is anders:stadia, maar uiteindelijk komt alles samen op één punt. Na jaren van prototyping maken of kopen wetenschappers onderdelen, fabriceren ze systeemcomponenten in verschillende Amerikaanse laboratoria, testen ze ze door middel van experimenten en leveren ze vervolgens aan CERN voor experimenten. De wetenschappers zullen de upgradecomponenten installeren tijdens de derde langdurige sluiting van de LHC, gepland voor 2026-2028.
Na de lancering van HL-LHC is het datavolume toegenomenzal onderzoekers helpen bij de zoektocht naar zeldzame fysieke processen en verdere studie van het Higgs-deeltje. Wetenschappers geloven dat het ‘goddeeltje’ het mechanisme levert waarmee alle andere deeltjes hun massa verkrijgen. Wetenschappers moeten echter nog veel leren over het heelal door het bekende boson met grotere precisie te bestuderen.
Het Higgs-deeltje is immers zofundamenteel deeltje dat alleen het ontdekken ervan niet genoeg is. Wetenschappers hebben veel aanvullende informatie nodig om al zijn eigenschappen te bestuderen en een doorbraak te maken.
Lees verder:
De oude Vikingen leden aan een gevaarlijke ziekte. Het wordt veroorzaakt door een parasiet uit Afrika
Plant op Mars produceert zuurstof met de snelheid van een gemiddelde boom
Natuurkundigen hebben atomen afgekoeld om temperaturen te registreren. Ze zijn een miljard keer kouder dan de ruimte.
Omslagfoto: Vidsplay in Abstract