Očakáva sa, že experimenty na Veľkom hadrónovom urýchľovači zozbierajú petabajty údajov
Neskôr v tomto desaťročí vedci začnúpracujúci s modernizovaným urýchľovačom pre vysokosvietivý LHC (HL-LHC). Zrazí viac protónov s najvyššou jasnosťou. S jeho pomocou plánujú vedci pozorovať päť až sedemkrát (aspoň) viac zrážok ako teraz. Teraz výskumníci vytvárajú technológie na zlepšenie detektorov, aby sa vyrovnali so zvýšeným jasom.
Aké aktualizácie očakávať?
Inžinieri modernizujú viacero systémovexperiment CMS (Compact Muon Solenoid), ktorý pomohol objaviť Higgsov bozón v roku 2012 spolu s experimentom ATLAS. Stovky ľudí z univerzít a laboratórií po celom svete navrhujú, stavajú a inštalujú nové komponenty detektorov. Tieto technológie vylepšia existujúci experiment, ktorý funguje už viac ako desať rokov.
Odborníci modernizujú šesť kľúčových oblastí:sledovací systém, detektor času, spúšť a systém zberu dát, ako aj koncový kalorimeter a sudový kalorimeter a nakoniec miónový systém. Vedci CMS budú môcť presne merať a lepšie rekonštruovať interakcie častíc v detektore. To povedie k novému chápaniu štruktúry nášho vesmíru.
sledovač
CMS tracker zobrazuje cestu častice cezmagnetické pole. Skladá sa z dvoch komponentov, interného pixelového detektora a externého pásmového detektora, pričom obe sú úplne vymeniteľné. Sledovač je vnútorná oblasť, ktorá sa má modernizovať najbližšie k miestu kolízie protónov LHC. Pretože HL-LHC bude tlačiť protóny k sebe rýchlejšie, dráhy častíc sa začnú rýchlo budovať.
Detektor CMS počas svojej trojročnej odstávky dokončil niekoľko modernizácií, aby sa pripravil na svoju súčasnú prevádzku na LHC.
Kredit a autorské práva: Samuel Joseph Herzog, CERN
Nový pixelový detektor je viacvysoký stupeň detailov. Vedci potrebujú vyššiu rýchlosť a vyššiu úroveň detailov, aby mohli skutočne odhaliť každú jednu časticu. V opačnom prípade tam bude toľko častíc, že vedci len uvidia miesto.
Spolupracovníci pridajú vpredu osem diskovinterný sledovač, rozširujúci pokrytie pixelového detektora. Na rýchle spracovanie údajov tím zostaví a pridá tisíce malých modulov do externého sledovača. Budú vybavené senzormi a čipmi integrovaných obvodov špecifických pre aplikáciu, ktoré okamžite začnú filtrovať a redukovať dáta. Takže externý sledovač bude spracovávať informácie ohromujúcou rýchlosťou - 40 miliónov krát za sekundu.
Detektor času
Detektor času znižuje neporiadok cestyčastice, ktoré výskumníkom poskytujú informácie o tom, kedy častica vstúpila do detektora. Pomocou bezprecedentnej presnosti meraní času príchodu častíc budú fyzici schopní rozlíšiť jednotlivé trajektórie a zrekonštruovať ich v 4D.
Detektor času má tvar suda s dvomikoncové uzávery a jeho hermetické tesnenie zabráni strate energie a zabráni vniknutiu prachu. Modernizačný tím teraz navrhuje a vyrába moduly, elektroniku a softvér pre dočasný detektor.
Spúšťač a systém zberu údajov
CMS detektor. Foto: Julian Knutzen
Spúšťač CMS vyberá potenciálne zaujímavékolízne udalosti a zachytáva relevantné údaje, pričom „nepotrebné“ zahodí, aby sa zachovalo spravovateľné množstvo údajov. Pri spustení bude jeden z nových spúšťačov prijímať informácie z vylepšeného externého sledovača. Využije umelú inteligenciu a strojové učenie na zber veľkého množstva údajov, ktoré sa očakávajú od kolízií na LHC.
Aktualizácia systému zberu údajov umožní tímu rýchlejšie zbierať údaje, aby držali krok so zvýšenou frekvenciou zrážok na LHC.
Kalorimetre
CMS je vybavený hlavňou a koncomkalorimetre - detektory, ktoré merajú energiu častíc. Koniec - susedí s vnútornými detektormi a analyzuje toky častíc zo zrážok. Súčasný kalorimeter bude úplne nahradený novým vysoko detailným. Je to prvý svojho druhu, ktorý bol použitý v experimente s urýchľovačom.
Detektor bude mať vylepšené časovanie apriestorové rozlíšenie. Týmto spôsobom vedci presne rekonštruujú množstvo vyrobených častíc. Na jej stavbu zamestnanci zostavia desaťtisíce modulov s malými kremíkovými alebo scintilačnými senzormi. Moduly tvoria stovky kaziet s integrovanými obvodmi a elektronikou. Údaje budú spracované priamo na detektore a odoslané do systému zberu údajov.
Tím tiež modernizuje časť valcového elektromagnetického kalorimetra. Nový systém príde vhod na zvládnutie zvýšeného dátového toku.
Miónový systém
Zber informácií o miónoch je kľúčovýpre CMS. Mióny zo zrážok častíc môžu prejsť pomerne veľkú vzdialenosť bez interakcie. Preto je vrstva detektora mimo kalorimetrov.
Tunel LHC, sektor 3-4. Foto: Maximilien Brice (CERN), CC BY-SA 3.0, prostredníctvom Wikimedia Commons
Nový miónový systém bude vybavený modernizovanýmelektronika, lepšie časové rozlíšenie a zvýšená schopnosť detegovať mióny vychádzajúce z lúča v širšom rozsahu uhlov. Údaje bude spracovávať a čítať niekoľko nových elektronických tabúľ. Inžinieri vylepšujú aj firmvér a softvér používaný na ovládanie elektroniky na doskách.
Všetky aktualizácie výrazne rozšíria možnosti CMS na detekciu miónov.
Čo bude ďalej?
Aktualizácia detektora CMS je ináetapy, ale všetko sa nakoniec zbieha do jedného bodu. Po rokoch prototypovania vedci vytvárajú alebo nakupujú diely, vyrábajú komponenty systému v rôznych amerických laboratóriách, testujú ich prostredníctvom experimentov a potom ich dodávajú do CERNu na experimentovanie. Vedci nainštalujú komponenty modernizácie počas tretej dlhej odstávky LHC, ktorá je naplánovaná na roky 2026-2028.
Po spustení HL-LHC sa zvýšil objem dátpomôže výskumníkom pri hľadaní vzácnych fyzikálnych procesov a ďalšom štúdiu Higgsovho bozónu. Vedci sa domnievajú, že „božská častica“ poskytuje mechanizmus, ktorým všetky ostatné častice získavajú svoju hmotnosť. Vedci sa však stále musia o vesmíre veľa učiť, pretože študujú známy bozón s väčšou presnosťou.
Koniec koncov, Higgsov bozón je takýzákladnej častice, že jej len objavenie nestačí. Vedci potrebujú mať veľa ďalších informácií, aby mohli preštudovať všetky jeho vlastnosti a urobiť prelom.
Čítaj viac:
Starovekí Vikingovia trpeli nebezpečnou chorobou. Spôsobuje ho parazit z Afriky
Rastlina na Marse produkuje kyslík rýchlosťou priemerného stromu
Fyzici ochladili atómy na rekordnú teplotu. Sú miliardkrát chladnejšie ako vesmír.
Titulná fotografia: Vidsplay in Abstract