Espera-se que os experimentos no Grande Colisor de Hádrons coletem petabytes de dados para
Mais tarde nesta década, os cientistas começarão atrabalhando com um acelerador modernizado para o LHC de alta luminosidade (HL-LHC). Ele colidirá mais prótons com o brilho mais alto. Com a sua ajuda, os cientistas planeiam observar cinco a sete vezes (pelo menos) mais colisões do que agora. Agora os pesquisadores estão criando tecnologias para melhorar os detectores para lidar com o aumento do brilho.
Que atualizações esperar?
Engenheiros estão atualizando vários sistemaso experimento CMS (Compact Muon Solenoid), que ajudou a descobrir o bóson de Higgs em 2012, juntamente com o experimento ATLAS. Centenas de pessoas de universidades e laboratórios de todo o mundo projetam, constroem e instalam novos componentes de detectores. Essas tecnologias melhorarão um experimento existente que está em operação há mais de uma década.
Os especialistas estão atualizando seis áreas principais:um sistema de rastreamento, um detector de tempo, um gatilho e um sistema de aquisição de dados, bem como um calorímetro final e um calorímetro de barril e, finalmente, um sistema de múons. Os cientistas do CMS poderão medir com precisão e reconstruir melhor as interações de partículas no detector. Isso levará a uma nova compreensão da estrutura do nosso Universo.
rastreador
O rastreador CMS exibe o caminho da partícula atravésum campo magnético. Ele consiste em dois componentes, um detector de pixel interno e um detector de passa-banda externo, ambos completamente substituíveis. O rastreador é a área interna a ser atualizada mais próxima do local de colisão de prótons do LHC. Como o HL-LHC empurrará os prótons juntos mais rapidamente, os caminhos das partículas começarão a se construir rapidamente.
O detector CMS completou várias atualizações durante um período de inatividade de três anos para se preparar para sua operação atual no LHC.
Crédito e direitos autorais: Samuel Joseph Herzog, CERN
O novo detector de pixels é maisum alto grau de detalhamento. Os cientistas precisam de velocidades mais altas e níveis mais altos de detalhes para que possam realmente detectar cada partícula. Caso contrário, haverá tantas partículas que os cientistas apenas verão o local.
Colaboradores adicionarão oito discos à frenterastreador interno, ampliando a cobertura do detector de pixels. Para processar dados rapidamente, a equipe montará e adicionará milhares de pequenos módulos a um rastreador externo. Eles serão equipados com sensores e chips de circuitos integrados específicos para aplicações que começarão imediatamente a filtrar e reduzir os dados. Assim, o rastreador externo processará informações a uma velocidade impressionante - 40 milhões de vezes por segundo.
Detector de tempo
O detector de tempo reduz a desordem do caminhopartículas, fornecendo aos pesquisadores informações sobre quando a partícula entrou no detector. Usando a precisão sem precedentes das medições do tempo de chegada das partículas, os físicos poderão distinguir trajetórias individuais e reconstruí-las em 4D.
O detector de tempo tem a forma de um barril com doistampas de extremidade e sua vedação hermética evitará a perda de energia e manterá a poeira do lado de fora. A equipe de modernização está projetando e construindo módulos, eletrônicos e software para o detector temporário.
Sistema de gatilho e coleta de dados
Detector CMS. Foto: Julian Knutzen
O gatilho CMS seleciona potencialmente interessanteeventos de colisão e captura os dados relevantes, descartando os “desnecessários” para manter uma quantidade gerenciável de dados. Durante a execução, um dos novos gatilhos receberá informações de um rastreador externo atualizado. Ele usará inteligência artificial e aprendizado de máquina para coletar a grande quantidade de dados esperados das colisões no LHC.
A atualização do sistema de aquisição de dados permitirá que a equipe colete dados mais rapidamente para acompanhar o aumento da frequência de colisões no LHC.
Calorímetros
CMS está equipado com barril e extremidadecalorímetros - detectores que medem a energia das partículas. End - adjacente aos detectores internos e analisa os fluxos de partículas de colisões. O calorímetro atual será completamente substituído por um novo altamente detalhado. É o primeiro de seu tipo a ser usado em um experimento de colisor.
O detector terá melhor tempo eresolução espacial. Desta forma, os cientistas reconstroem com precisão as muitas partículas produzidas. Para construí-lo, os funcionários montarão dezenas de milhares de módulos com pequenos sensores de silício ou cintilação. Os módulos formam centenas de cassetes com circuitos integrados e eletrônicos. Os dados serão processados diretamente no detector e transmitidos ao sistema de coleta de dados.
A equipe também está atualizando parte do calorímetro eletromagnético de barril. O novo sistema será útil para lidar com o aumento do fluxo de dados.
Sistema Muon
Coletar informações sobre múons é fundamentalpara CMS. Múons de colisões de partículas podem percorrer uma distância considerável sem interagir. É por isso que a camada detectora está fora dos calorímetros.
Túnel do LHC, setor 3-4. Foto: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
O novo sistema de múons será equipado com um modernizadoeletrônica, melhor resolução de tempo e maior capacidade de detectar múons emergindo do feixe em uma ampla gama de ângulos. Várias novas placas eletrônicas processarão e lerão os dados. Os engenheiros também estão aprimorando o firmware e o software usados para controlar os componentes eletrônicos das placas.
Todas as atualizações expandirão significativamente os recursos do CMS para detectar múons.
O que vem a seguir?
A atualização do detector CMS está em diferentesestágios, mas tudo converge para um ponto no final. Após anos de prototipagem, os cientistas criam ou compram peças, fabricam componentes do sistema em vários laboratórios dos EUA, testam-nos por meio de experimentos e depois os entregam ao CERN para experimentação. Os cientistas instalarão os componentes de atualização durante o terceiro longo desligamento do LHC, programado para 2026-2028.
Após o lançamento do HL-LHC, aumento do volume de dadosajudará os pesquisadores na busca por processos físicos raros e no estudo mais aprofundado do bóson de Higgs. Os cientistas acreditam que a “partícula divina” fornece o mecanismo pelo qual todas as outras partículas obtêm a sua massa. No entanto, os cientistas ainda têm muito que aprender sobre o Universo, estudando o bóson conhecido com maior precisão.
Afinal, o bóson de Higgs é tãopartícula fundamental que apenas descobri-la não é suficiente. Os cientistas precisam ter muitas informações adicionais para estudar todas as suas propriedades e fazer uma descoberta.
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