Eksperimenter ved Large Hadron Collider forventes å samle inn petabyte med data til
Senere dette tiåret vil forskere begynne å gjøre detarbeider med en modernisert akselerator for High-Luminosity LHC (HL-LHC). Det vil kollidere flere protoner med den høyeste lysstyrken. Med dens hjelp planlegger forskerne å observere fem til syv ganger (minst) flere kollisjoner enn nå. Nå lager forskere teknologier for å forbedre detektorer for å takle den økte lysstyrken.
Hvilke oppdateringer kan du forvente?
Ingeniører oppgraderer flere systemerCMS (Compact Muon Solenoid)-eksperimentet, som bidro til å oppdage Higgs-bosonet i 2012, sammen med ATLAS-eksperimentet. Hundrevis av mennesker fra universiteter og laboratorier rundt om i verden designer, bygger og installerer nye detektorkomponenter. Disse teknologiene vil forbedre et eksisterende eksperiment som har vært i drift i mer enn et tiår.
Eksperter oppgraderer seks nøkkelområder:et sporingssystem, en tidsdetektor, en trigger og et datainnsamlingssystem, samt et sluttkalorimeter og et fatkalorimeter, og til slutt et myonsystem. CMS-forskere vil være i stand til å nøyaktig måle og bedre rekonstruere partikkelinteraksjoner i detektoren. Dette vil føre til en ny forståelse av strukturen til universet vårt.
sporer
CMS-sporingen viser banen til partikkelen gjennomet magnetfelt. Den består av to komponenter, en intern pikseldetektor og en ekstern båndpassdetektor, som begge er fullstendig utskiftbare. Trackeren er det indre området som skal oppgraderes nærmest LHC-protonkollisjonsstedet. Siden HL-LHC vil presse protonene sammen raskere, vil partikkelbanene begynne å bygge seg opp raskt.
CMS-detektoren fullførte flere oppgraderinger i løpet av en tre-års nedetid for å forberede den nåværende kjøringen ved LHC.
Kreditt og opphavsrett: Samuel Joseph Herzog, CERN
Den nye pikseldetektoren er merhøy detaljgrad. Forskere trenger høyere hastigheter og høyere detaljnivåer slik at de faktisk kan oppdage hver enkelt partikkel. Ellers vil det være så mange partikler at forskerne bare vil se stedet.
Samarbeidspartnere vil legge til åtte plater foranintern tracker, utvider dekningen til pikseldetektoren. For raskt å behandle data, vil teamet sette sammen og legge til tusenvis av små moduler til en ekstern tracker. De vil være utstyrt med sensorer og applikasjonsspesifikke integrerte kretsbrikker som umiddelbart vil begynne å filtrere og redusere data. Så den eksterne trackeren vil behandle informasjon med en svimlende hastighet - 40 millioner ganger per sekund.
Tidsdetektor
Tidsdetektor reduserer banerotpartikler, og gir forskere informasjon om når partikkelen kom inn i detektoren. Ved å bruke den enestående nøyaktigheten til målinger av partikkelankomsttid, vil fysikere kunne skille individuelle baner og rekonstruere dem i 4D.
Tidsdetektoren har form som en tønne med toendestykker, og dens hermetiske forsegling vil forhindre energitap og holde støv ute. Moderniseringsteamet designer og bygger nå moduler, elektronikk og programvare for den midlertidige detektoren.
Trigger og datainnsamlingssystem
CMS detektor. Foto: Julian Knutzen
CMS-utløser velger potensielt interessantekollisjonshendelser og fanger opp relevante data, og forkaster «unødvendige» for å opprettholde en håndterbar mengde data. Når du kjører, vil en av de nye triggerne motta informasjon fra en oppgradert ekstern tracker. Den vil bruke kunstig intelligens og maskinlæring for å samle inn den store mengden data som forventes fra kollisjoner ved LHC.
Oppgradering av datainnsamlingssystemet vil tillate teamet å samle inn data raskere for å holde tritt med den økte frekvensen av kollisjoner ved LHC.
Kalorimetre
CMS er utstyrt med fat og endekalorimetre - detektorer som måler energien til partikler. Ende - ved siden av de interne detektorene og analyserer partikkelstrømmer fra kollisjoner. Det nåværende kalorimeteret vil bli fullstendig erstattet av et nytt svært detaljert. Det er den første i sitt slag som brukes i et kollidereksperiment.
Detektoren vil ha forbedret timing ogromlig oppløsning. På denne måten rekonstruerer forskere nøyaktig de mange partiklene som produseres. For å bygge den vil ansatte sette sammen titusenvis av moduler med små silisium- eller scintillasjonssensorer. Modulene danner hundrevis av kassetter med integrerte kretser og elektronikk. Dataene vil bli behandlet direkte ved detektoren og overført til datainnsamlingssystemet.
Teamet oppgraderer også en del av det elektromagnetiske kalorimeteret med tønner. Det nye systemet vil komme godt med for å håndtere den økte dataflyten.
Muon system
Å samle informasjon om myoner er nøkkelenfor CMS. Myoner fra partikkelkollisjoner kan reise ganske langt uten å samhandle. Det er derfor detektorlaget er utenfor kalorimetrene.
LHC-tunnel, sektor 3-4. Foto: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Det nye myonsystemet vil bli utstyrt med en modernisertelektronikk, bedre tidsoppløsning og økt evne til å oppdage myoner som kommer ut av strålen i et bredere spekter av vinkler. Flere nye elektroniske tavler skal behandle og lese dataene. Ingeniørene forbedrer også fastvaren og programvaren som brukes til å kontrollere elektronikken på brettene.
Alle oppdateringer vil betydelig utvide mulighetene til CMS for å oppdage myoner.
Hva er neste?
CMS-detektoroppgraderingen er annerledesetapper, men alt konvergerer til ett punkt til slutt. Etter år med prototyping lager eller kjøper forskere deler, produserer systemkomponenter i forskjellige amerikanske laboratorier, tester dem gjennom eksperimenter og leverer dem deretter til CERN for eksperimentering. Forskerne vil installere oppgraderingskomponentene under LHCs tredje lange nedleggelse, planlagt til 2026-2028.
Etter lanseringen av HL-LHC økte datavolumetvil hjelpe forskere i jakten på sjeldne fysiske prosesser og videre studier av Higgs-bosonet. Forskere tror at "gudepartikkelen" gir mekanismen som alle andre partikler får sin masse. Imidlertid har forskere fortsatt mye å lære om universet ved å studere det kjente bosonet med større presisjon.
Tross alt er Higgs-bosonet detfundamental partikkel som bare å oppdage det ikke er nok. Forskere må ha mye tilleggsinformasjon for å studere alle egenskapene og få et gjennombrudd.
Les mer:
De gamle vikingene led av en farlig sykdom. Det er forårsaket av en parasitt fra Afrika
Plant på Mars produserer oksygen med samme hastighet som et gjennomsnittlig tre
Fysikere har avkjølt atomer for å registrere temperaturer. De er en milliard ganger kaldere enn verdensrommet.
Forsidefoto: Vidsplay in Abstract