Experiment ATLAS - ATLAS experiment

Tento článek je o detektoru LHC v CERNu. Další experimenty viz Atlas (disambiguation) .
Velký hadronový urychlovač
(LHC)
LHC.svg
LHC experimenty
ATLAS Toroidní LHC zařízení
CMS Kompaktní solenoid Muon
LHCb LHC-krása
ALICE Experiment s velkým iontovým urychlovačem
TOTEM Celkový průřez, elastické rozptyly a difrakční disociace
LHCf LHC-vpřed
MoEDAL Monopólový a exotický detektor na LHC
FASER ForwArd Search ExpeRiment
Předrychlovače LHC
p a Pb Lineární urychlovače pro protony (Linac 4) a olovo (Linac 3)
(není označeno) Protonový synchrotronový posilovač
PS Protonový synchrotron
SPS Super protonový synchrotron

Souřadnice : 46 ° 14'8 "N 6 ° 3'19" E / 46,23556 ° N 6,05528 ° E / 46,23556; 6,05528 ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS) je největšíexperimentálnídetektor částic provšeobecné použitívLarge Hadron Collider(LHC),urychlovači částicvCERN(evropský Organizace pro jaderný výzkum) ve Švýcarsku. Experiment je navržen tak, aby využil výhody nebývalé energie dostupné v LHC a pozoroval jevy, které zahrnují velmi hmotnéčástice,které nebylo možné pozorovat pomocí dřívějšíchakcelerátorů snižšíenergií. ATLAS byl jedním ze dvou experimentů na LHC zapojených do objevuboson Higgsv červenci 2012. To byl také navržen tak, aby hledat důkazy oteoriíchočásticové fyzikymimostandardní model.

360 ° panoramatický detektor ATLAS

Experiment je výsledkem spolupráce zhruba 3000 fyziků ze 183 institucí v 38 zemích. Projekt vedl prvních 15 let Peter Jenni , v letech 2009 až 2013 vedl Fabiola Gianotti , v letech 2013 až 2017 David Charlton a Karl Jakobs v letech 2017 až 2021. Spolupráci ATLAS v současné době vede mluvčí Andreas Hoecker a Zástupci tiskových mluvčí Marumi Kado a Manuella Vincter .

Dějiny

Růst urychlovače částic

Detektor ATLAS ve výstavbě v říjnu 2004 v experimentální jámě. Stavba byla dokončena v roce 2008 a ATLAS úspěšně sbírá data od listopadu 2009, kdy byl zahájen provoz kolidujících paprsků na LHC. Pro srovnání velikosti si všimněte lidí na pozadí.

První cyklotron , raný typ urychlovače částic, sestrojil Ernest O. Lawrence v roce 1931 s poloměrem jen několik centimetrů a energií částic 1 megaelektronvolt (MeV) . Od té doby se urychlovače nesmírně rozrostly ve snaze produkovat nové částice větší a větší hmotnosti . Jak rostly urychlovače, rostl také seznam známých částic , které by mohly být použity ke zkoumání.

Spolupráce ATLAS

Andreas Hoecker, vedoucí projektu (2021-2023)

ATLAS Collaboration , skupina fyziků, který postavil a spustit detektor, byla založena v roce 1992, kdy navrhovaná EAGLE (Experiment pro přesné Gamma, leptonů a energetických měření) a ASCOT (Přístroje se Super dirigování toroids) spolupráce spojily své úsilí s cílem vybudovat jeden univerzální detektor částic pro Large Hadron Collider.

Návrh a konstrukce detektoru

Design byl kombinací obou předchozích experimentů a také těžil z výzkumu a vývoje detektorů, které byly provedeny pro supravodivý Super Collider . Experiment ATLAS byl ve své současné podobě navržen v roce 1994 a oficiálně financován členskými zeměmi CERN v roce 1995. Další země, univerzity a laboratoře se připojily v následujících letech. V jednotlivých institucích byly zahájeny stavební práce, přičemž součásti detektoru byly poté odeslány do CERNu a sestaveny v experimentální jámě ATLAS počínaje rokem 2003.

Provoz detektoru

Stavba byla dokončena v roce 2008 a experiment zjistil své první události s jediným paprskem dne 10. září téhož roku. Sběr dat byl poté na více než rok přerušen kvůli incidentu zhášení magnetu LHC . 23. listopadu 2009 došlo v LHC k prvním kolizím proton – proton a zaznamenal je ATLAS při relativně nízké energii vstřikování 450 GeV na paprsek. Od té doby energie LHC roste: 900 GeV na paprsek na konci roku 2009, 3 500 GeV na celý rok 2010 a 2011, poté 4 000 GeV na paprsek v roce 2012. První období odběru dat provedené v letech 2010 až 2012 je označován jako běh I. Po dlouhé odstávce (LS1) v letech 2013 a 2014 zaznamenal ATLAS v roce 2015 6500 GeV na paprsek. Druhé období sběru dat, běh II, bylo dokončeno na konci roku 2018 se zaznamenanou integrovanou svítivostí téměř 140/fb. Následovalo druhé dlouhé odstavení (LS2) v letech 2019 a 2020, zatímco ATLAS je upgradován pro běh III v roce 2021.

Experimentální program

Schémata, nazývaná Feynmanovy diagramy, ukazují hlavní způsoby, kterými lze Higgsův boson standardního modelu vyrobit z kolidujících protonů na LHC.

ATLAS zkoumá mnoho různých typů fyziky, které by mohly být zjistitelné při energetických kolizích LHC. Některá z nich jsou potvrzeními nebo vylepšenými měřeními standardního modelu , zatímco mnoho dalších je možnými vodítky pro nové fyzikální teorie.

Standardní model a další

S důležitou výjimkou Higgsova bosonu , nyní detekovaného experimenty ATLAS a CMS , byly všechny částice předpovídané modelem pozorovány předchozími experimenty. Standardní model sice předpovídá, že by měly existovat kvarky, elektrony a neutrina, ale nevysvětluje, proč se hmotnosti těchto částic liší řádově. Kvůli tomu se mnoho částicových fyziků domnívá, že je možné, že se standardní model rozpadne při energiích v měřítku teraelektronvolt (TeV) nebo vyšším. Pokud je pozorována taková fyzika nad rámec standardního modelu, může být vyvinut nový model, který je u energií dosud prozkoumaných shodný se standardním modelem, k popisu fyziky částic při vyšších energiích. Většina v současnosti navrhovaných teorií předpovídá nové částice s vyšší hmotností, z nichž některé mohou být dostatečně lehké na to, aby je mohl ATLAS pozorovat.

Higgsův boson

Jedním z nejdůležitějších cílů ATLAS bylo prozkoumat chybějící kus standardního modelu, Higgsův boson . Higgs mechanismus , který zahrnuje Higgs boson, dává předpoklady k elementárních částic, což vede k rozdílům mezi slabé síly a elektromagnetismu tím, že na W a Z bosons hmotu při odchodu z fotonové nehmotný. 4. července 2012 společnost ATLAS - společně s CMS, sesterským experimentem na LHC - hlásila důkazy o existenci částice konzistentní s Higgsovým bosonem na úrovni spolehlivosti 5 sigma , s hmotností kolem 125 GeV nebo 133krát hmota protonu. Tato nová „Higgsova“ částice byla detekována rozpadem na dva fotony a rozpadem na čtyři leptony . V březnu 2013, ve světle aktualizovaných výsledků ATLAS a CMS, CERN oznámil, že nová částice byla skutečně Higgsovým bosonem. Experimenty byly také schopny ukázat, že vlastnosti částice a také způsoby, jak interaguje s jinými částicemi, jsou dobře sladěny s vlastnostmi Higgsova bosonu, u kterého se očekává spin 0 a pozitivní parita . Analýza více vlastností částice a data shromážděná v letech 2015 a 2016 to dále potvrdila. V roce 2013 získali Nobelovu cenu za fyziku dva z teoretických fyziků, kteří předpovídali existenci standardního modelu Higgsova bosonu, Peter Higgs a François Englert .

Porušení CP

Asymetrie mezi chováním hmoty a antihmoty , známá jako porušení CP , je také vyšetřována. Nedávné experimenty věnované měření porušení CP, jako BaBar a Belle , nezjistily dostatečné porušení CP ve Standardním modelu, aby vysvětlily nedostatek detekovatelné antihmoty ve vesmíru. Je možné, že nové modely fyziky zavedou další narušení CP a vrhnou světlo na tento problém. Důkazy podporující tyto modely mohou být buď detekovány přímo produkcí nových částic, nebo nepřímo měřením vlastností B- a D- mesonů . LHCb , experiment LHC věnovaný B-mezonům, bude pravděpodobně lépe vyhovovat posledně jmenovaným.

Špičkové vlastnosti kvarku

Vlastnosti horního kvarku , objeveného ve Fermilabu v roce 1995, byly zatím měřeny pouze přibližně. S mnohem větší energií a vyšší mírou kolize LHC produkuje ohromný počet špičkových kvarků, což umožňuje společnosti ATLAS provádět mnohem přesnější měření hmotnosti a interakcí s jinými částicemi. Tato měření poskytnou nepřímé informace o podrobnostech standardního modelu s možností odhalit nesrovnalosti, které poukazují na novou fyziku. Podobná přesná měření budou provedena u jiných známých částic; například ATLAS může nakonec měřit hmotnost W bosonu dvakrát přesněji, než bylo dříve dosaženo.

Supersymetrie

Jedna teorie, která je předmětem mnoha současných výzkumů, je supersymetrie . Supersymetrie může potenciálně vyřešit řadu problémů teoretické fyziky , například problémy s hierarchií v rámci teorie měřidel , a je přítomna téměř ve všech modelech teorie strun . Modely supersymetrie zahrnují nové, vysoce masivní částice. V mnoha případech se tyto rozpadají na vysokoenergetické kvarky a stabilní těžké částice, u nichž je velmi nepravděpodobné, že budou interagovat s běžnou hmotou. Stabilní částice by unikly z detektoru a zanechaly jako signál jednu nebo více trysek kvarku s vysokou energií a velké množství „chybějící“ hybnosti . Jiné hypotetické masivní částice, jako jsou ty v Kaluza -Kleinově teorii , by mohly zanechat podobný podpis, ale jejich objev by určitě naznačoval, že za Standardním modelem existuje nějaký druh fyziky.

Mikroskopické černé díry

Některé hypotézy, založené na modelu ADD , zahrnují velké extra rozměry a předpovídají, že LHC by mohly tvořit mikro černé díry . Ty by se okamžitě rozpadly pomocí Hawkingova záření , produkovaly všechny částice ve standardním modelu ve stejném počtu a zanechaly by jednoznačný podpis v detektoru ATLAS.

Detektor ATLAS

Detektor ATLAS je 46 metrů dlouhý, 25 metrů v průměru a váží asi 7 000 tun; obsahuje asi 3000 km kabelu.

Na 27 kilometrů v obvodu je Large Hadron Collider (LHC) se srazí dva paprsky protonů dohromady, přičemž každý proton nést až 6,5  TeV energie - dost na to, získat částice s hmotností podstatně větší než jakékoliv částice v současné době známé, existují-li tyto částice. Když protonové paprsky produkované Large Hadron Collider interagují ve středu detektoru, vzniká řada různých částic se širokou škálou energií.

Všeobecné požadavky

Detektor ATLAS je určen k obecnému použití. ATLAS není zaměřen na konkrétní fyzický proces, ale je určen k měření nejširšího možného rozsahu signálů. Toto je určeno k zajištění toho, že jakoukoli formu mohou mít jakékoli nové fyzikální procesy nebo částice, bude ATLAS schopen je detekovat a měřit jejich vlastnosti. ATLAS je navržen tak, aby detekoval tyto částice, jmenovitě jejich hmotnosti, hybnost , energie , životnost, náboje a jaderná otočení .

Experimenty na dřívějších srážkách, jako jsou Tevatron a Large Electron-Positron Collider , byly také navrženy pro detekci obecného účelu. Energie paprsku a extrémně vysoká míra kolizí však vyžadují, aby byl ATLAS výrazně větší a složitější než předchozí experimenty, což představuje jedinečné výzvy Large Hadron Collider.

Vrstvený design

Aby bylo možné identifikovat všechny částice produkované v místě interakce, kde se svazky částic střetávají, je detektor navržen ve vrstvách složených z detektorů různých typů, z nichž každá je navržena tak, aby pozorovala konkrétní typy částic. Různé stopy, které částice zanechávají v každé vrstvě detektoru, umožňují efektivní identifikaci částic a přesné měření energie a hybnosti. (Role každé vrstvy v detektoru je popsána níže .) Jak se zvyšuje energie částic produkovaných urychlovačem, detektory k ní připojené musí růst, aby účinně měřily a zastavovaly částice s vyšší energií. Od roku 2017 je detektor ATLAS největší, jaký kdy byl v urychlovači částic postaven.

Komponenty

Počítačem generovaný pohled na detektor ATLAS zobrazující jeho různé komponenty
(1) Muonové detektory
Magnetický systém :
     (2) Toroidové magnety
     (3) Magnetický magnetický
vnitřní detektor :
     (4) Přechodový paprskový sledovač
     (5) Polovodičový sledovač
     (6 )
Kalorimetry detektoru pixelů :
     (7) Kapalný argonový kalorimetr
     (8) Kalorimetr na dlaždicích

Detektor ATLAS se skládá ze série stále větších soustředných válců kolem interakčního bodu, kde se střetávají protonové paprsky z LHC. Lze jej rozdělit na čtyři hlavní části: vnitřní detektor, kalorimetry, Muonův spektrometr a magnetické systémy. Každý z nich je zase vyroben z více vrstev. Detektory se doplňují: vnitřní detektor přesně sleduje částice, kalorimetry měří energii snadno zastavitelných částic a systém mionu provádí další měření vysoce pronikajících mionů. Dva magnetické systémy ohýbají nabité částice ve vnitřním detektoru a muonovém spektrometru, což umožňuje měřit jejich hybnost .

Jediné zavedené stabilní částice, které nelze detekovat přímo, jsou neutrina ; jejich přítomnost je odvozena měřením nerovnováhy hybnosti mezi detekovanými částicemi. Aby to fungovalo, musí být detektor „ hermetický “, což znamená, že musí detekovat všechna produkovaná neutrina bez slepých míst. Udržování výkonu detektoru v oblastech s vysokým zářením bezprostředně obklopujících protonové paprsky je významnou technickou výzvou.

Vnitřní detektor

Centrální část ATLAS TRT (Transition Radiation Tracker), nejvzdálenější část vnitřního detektoru, sestavená nad zemí a odebírající data z kosmického záření v září 2005.

Vnitřní detektor začíná několik centimetrů od osy protonového paprsku, sahá do poloměru 1,2 metru a je 6,2 metru dlouhý podél paprskové trubky. Jeho základní funkcí je sledovat nabité částice detekováním jejich interakce s materiálem v diskrétních bodech a odhalením podrobných informací o typech částic a jejich hybnosti. Magnetické pole obklopující celou vnitřní detektor způsobí nabité částice do oblouku; směr křivky odhaluje náboj částice a stupeň zakřivení prozrazuje jeho hybnost. Počáteční body stop poskytují užitečné informace pro identifikaci částic ; pokud se například zdá, že skupina stop pochází z jiného bodu, než je původní srážka proton-proton, může to být známkou toho, že částice pocházely z rozpadu hadronu se spodním kvarkem (viz značení b ). Vnitřní detektor má tři části, které jsou vysvětleny níže.

Pixel Detector, nejvnitřnější část detektoru, obsahuje tři soustředné vrstvy a tři disky na každé koncové krytce s celkem 1744 moduly , z nichž každý měří 2 cm na 6 cm. Detekčním materiálem je křemík o tloušťce 250 µm . Každý modul obsahuje 16 čtecích čipů a další elektronické součástky. Nejmenší jednotka, kterou lze přečíst, je pixel (50 x 400 mikrometrů); na modul je zhruba 47 000 pixelů. Minutová velikost pixelu je navržena pro extrémně přesné sledování velmi blízko bodu interakce. Pixel Detector má celkem více než 80 milionů odečítacích kanálů, což je asi 50% z celkového počtu odečtených kanálů celého detektoru. Mít tak velký počet vytvořil značnou výzvu v oblasti designu a inženýrství. Další výzvou bylo záření , kterému je detektor pixelů kvůli své blízkosti k interakčnímu bodu vystaven, což vyžadovalo, aby byly všechny součásti radiačně vytvrzeny, aby mohly pokračovat v provozu po významných expozicích.

Semi-Conductor Tracker (SCT) je střední komponentou vnitřního detektoru. Je podobný svým konceptem a funkcí jako detektor pixelů, ale s dlouhými, úzkými proužky spíše než s malými pixely, takže je praktické pokrytí větší oblasti. Každý proužek měří 80 mikrometrů o 12 centimetrů. SCT je nejkritičtější částí vnitřního detektoru pro základní sledování v rovině kolmé na paprsek, protože měří částice na mnohem větší ploše než Pixel Detector, s více vzorkovanými body a zhruba stejnou (byť jednorozměrnou) přesností . Skládá se ze čtyř dvojitých vrstev silikonových pásků, má 6,3 milionu odečítacích kanálů a celkovou plochu 61 metrů čtverečních.

Transition Radiation Tracker (TRT), nejvzdálenější součást vnitřního detektoru, je kombinací sledovače slámy a detektoru přechodového záření . Detekčními prvky jsou driftovací trubice (brčka), každá o průměru čtyři milimetry a dlouhá až 144 centimetrů. Nejistota měření polohy dráhy (rozlišení polohy) je asi 200 mikrometrů. To není tak přesné jako u ostatních dvou detektorů, ale bylo nutné snížit náklady na pokrytí většího objemu a mít schopnost detekce přechodového záření. Každá sláma je naplněna plynem, který se ionizuje průchodem nabité částice. Brčka jsou držena při asi −1 500 V a přivádějí záporné ionty na jemný drát do středu každé slámy, přičemž v drátu vzniká proudový impuls (signál). Dráty se signály vytvářejí vzorec „zasažených“ brček, které umožňují určit dráhu částice. Mezi slámami materiály s velmi proměnlivými indexy lomu způsobují, že ultra-relativistické nabité částice produkují přechodové záření a v některých brčkách zanechávají mnohem silnější signály. Ke zvýšení počtu brček se silnými signály se používá xenonový a argonový plyn. Protože množství přechodového záření je největší pro vysoce relativistické částice (ty s rychlostí velmi blízkou rychlosti světla ) a protože částice určité energie mají vyšší rychlost, tím jsou lehčí, mohou být dráhy částic s mnoha velmi silnými signály identifikované jako patřící k nejlehčím nabitým částicím: elektronům a jejich antičásticím, pozitronům . TRT má celkem asi 298 000 brček.

Kalorimetry

Září 2005: Hlavní hlaveň hadronového kalorimetru ATLAS , čekající na přesun do toroidních magnetů.
Jedna z částí rozšíření hadronového kalorimetru , která čeká na vložení koncem února 2006.
Prodloužená hlaveň hadronového kalorimetru.

Tyto kalorimetry jsou umístěny vně solenoidálního magnet , který obklopuje vnitřní detektor. Jejich účelem je měřit energii z částic tím, že ji absorbuje. Existují dva základní kalorimetrické systémy: vnitřní elektromagnetický kalorimetr a vnější hadronový kalorimetr. Oba jsou vzorkovací kalorimetry ; to znamená, že absorbují energii v kovu s vysokou hustotou a periodicky vzorkují tvar výsledné částicové sprchy , přičemž z tohoto měření odvozují energii původní částice.

Elektromagnetický (EM) kalorimetr absorbuje energii z částic, které interagují elektromagneticky , mezi které patří nabité částice a fotony. Má vysokou přesnost, a to jak v množství absorbované energie, tak v přesném umístění uložené energie. Úhel mezi trajektorií částice a osou svazku detektoru (nebo přesněji pseudorapiditou ) a jeho úhel v kolmé rovině se měří přibližně do 0,025  radiánu . Sudový EM kalorimetr má elektrody ve tvaru akordeonu a materiály pohlcující energii jsou olovo a nerezová ocel , přičemž materiálem pro odběr vzorků je kapalný argon a kolem EM kalorimetru je vyžadován kryostat, aby byl dostatečně chladný.

Hadronový kalorimetr absorbuje energii z částic, které procházejí EM kalorimetru, ale vzájemně působí přes velkou silou ; tyto částice jsou primárně hadrony. Je méně přesný, a to jak v energetické velikosti, tak v lokalizaci (pouze v rozmezí přibližně 0,1 radiánů). Energeticky absorbujícím materiálem je ocel se scintilačními dlaždicemi, které odebírají vzorky uložené energie. Mnoho funkcí kalorimetru je zvoleno pro jejich nákladovou efektivitu; nástroj je velký a obsahuje obrovské množství stavebního materiálu: hlavní část kalorimetru - kachlový kalorimetr - má průměr 8 metrů a pokrývá 12 metrů podél osy paprsku. Daleké přední části hadronového kalorimetru jsou obsaženy v kryostatu dopředného EM kalorimetru a používají také kapalný argon, zatímco mědi a wolfram se používají jako absorbéry.

Muonův spektrometr

Muon spektrometr je extrémně velká sledovací systém, který se skládá ze tří částí: (1) magnetické pole poskytuje tři toroidní magnety, (2), sadu 1200 komor měření s vysokou prostorovou přesností stopy odchozích mionů, (3) sada spouštěcích komor s přesným časovým rozlišením. Rozsah tohoto dílčího detektoru začíná v poloměru 4,25 m v blízkosti kalorimetrů až do celého poloměru detektoru (11 m). Jeho ohromná velikost je nutná k přesnému měření hybnosti mionů, které nejprve projdou všemi ostatními prvky detektoru, než se dostanou k miónovému spektrometru. Byl navržen k samostatnému měření hybnosti 100 GeV mionů s přesností 3% a 1 TeV mionů s 10% přesností. Bylo životně důležité jít na délku skládání tak velkého kusu zařízení, protože řadu zajímavých fyzikálních procesů lze pozorovat pouze tehdy, pokud je detekován jeden nebo více mionů, a protože celkovou energii částic v události nelze změřit kdyby byly miony ignorovány. Funguje podobně jako vnitřní detektor, miony se zakřivují, takže je možné měřit jejich hybnost, i když s jinou konfigurací magnetického pole , nižší prostorovou přesností a mnohem větším objemem. Slouží také funkci jednoduché identifikace mionů - velmi málo částic jiných typů se očekává, že projdou kalorimetry a následně zanechají signály v Muonově spektrometru. Má zhruba jeden milion odečítacích kanálů a jeho vrstvy detektorů mají celkovou plochu 12 000 metrů čtverečních.

Magnetický systém

Konce čtyř z osmi toroidních magnetů ATLAS při pohledu dolů ze zhruba 90 metrů výše, v září 2005
Osm toroidních magnetů detektoru ATLAS

Detektor ATLAS používá dva velké supravodivé magnetické systémy k ohýbání nabitých částic, aby bylo možné měřit jejich hybnost. Toto ohýbání je způsobeno Lorentzovou silou , která je úměrná rychlosti. Protože všechny částice vzniklé při srážkách protonů LHC se pohybují velmi blízko rychlosti světla, je síla na částice různého momentu stejná. (V teorii relativity není hybnost lineární úměrná rychlosti při takových rychlostech.) Částice s vysokou hybností křiví velmi málo, zatímco částice s nízkou hybností se křiví výrazně; množství zakřivení lze kvantifikovat a z této hodnoty určit hybnost částic.

Vnitřní solenoid vytváří dvě tesla magnetická pole obklopující vnitřní detektor. Toto vysoké magnetické pole umožňuje i velmi energetickým částicím křivit dostatečně na to, aby bylo možné určit jejich hybnost, a jeho téměř jednotný směr a síla umožňují velmi přesné měření. Částice s hybností pod zhruba 400 MeV budou zakřiveny tak silně, že se budou opakovaně smyčit v poli a pravděpodobně nebudou měřeny; tato energie je však velmi malá ve srovnání s několika TeV energií uvolněných při každé protonové srážce.

Vnější toroidní magnetické pole je produkováno osmi velmi velkými supravodivými sudovými smyčkami se vzduchovými jádry a dvěma vzduchovými toroidními magnety s koncovými čepičkami, které jsou umístěny mimo kalorimetry a v mionovém systému. Toto magnetické pole se rozprostírá v oblasti o délce 26 metrů a průměru 20 metrů a ukládá 1,6  gigajoulů energie. Jeho magnetické pole není rovnoměrné, protože solenoidový magnet dostatečné velikosti by byl neúměrně drahý na stavbu. Pohybuje se mezi 2 a 8 Teslametry.

Výkon detektoru

Instalace všech výše uvedených detektorů byla dokončena v srpnu 2008. Detektory shromáždily miliony kosmických paprsků během oprav magnetů, které proběhly mezi podzimem 2008 a podzimem 2009, před prvními protonovými srážkami. Detektor fungoval s téměř 100% účinností a poskytoval výkonnostní charakteristiky velmi blízké svým konstrukčním hodnotám.

Přední detektory

Další informace: Projekt ATLAS Forward Proton

Detektor ATLAS je doplněn sadou čtyř subdetektorů v přední oblasti pro měření částic ve velmi malých úhlech. LUCID (LUminosity Cherenkov Integrating Detector) je první z těchto detektorů určených k měření svítivosti a nachází se v jeskyni ATLAS 17 m od bodu interakce mezi dvěma koncovkami mionu. Další na řadě je ZDC (kalorimetr s nulovým stupněm) navržený k měření neutrálních částic v ose paprsku a umístěný 140 m od IP v tunelu LHC, kde jsou dva paprsky rozděleny zpět do samostatných trubek paprsku. AFP (Atlas Forward Proton) je navržen tak, aby značil difrakční jevy, a nachází se ve vzdálenosti 204 m a 217 m a nakonec ALFA (absolutní svítivost pro ATLAS) je určen k měření elastického rozptylu protonů umístěného na 240 m těsně před ohybovými magnety LHC oblouku.

Datové systémy

Požadavky

Dřívější systémy čtení detektorů částic a detekce událostí byly založeny na paralelních sdílených sběrnicích, jako jsou VMEbus nebo FASTBUS . Protože taková sběrnicová architektura nemůže držet krok s požadavky na data detektorů LHC, všechny návrhy systému sběru dat spoléhají na vysokorychlostní propojení typu bod-bod a přepínací sítě.

Generování dat

Detektor generuje příliš mnoho nezpracovaných dat na přečtení nebo uložení všeho: asi 25 megabajtů na událost (hrubé; nulové potlačení to sníží na 1,6 MB), vynásobené 40 miliony křížení paprsků za sekundu ve středu detektoru. To produkuje celkem 1 petabajt nezpracovaných dat za sekundu.

Spouštěcí systém

Spouštěcí systém využívá rychlou rekonstrukci událostí určit, v reálném čase, Nejzajímavější události zachovat pro podrobnou analýzu. Ve druhém období sběru dat LHC, běh-2, existovaly dvě odlišné spouštěcí úrovně:

  • Spouštěč úrovně 1, implementovaný do vlastního hardwaru na místě detektoru. Využívá informace o snížené zrnitosti z kalorimetrů a mionového spektrometru a snižuje rychlost událostí v odečtu na 100 kHz.
  • Spouštěč vysoké úrovně (HLT), implementovaný v softwaru a využívá omezené oblasti detektoru, takzvané oblasti zájmu (RoI), které mají být rekonstruovány s plnou granularitou detektoru, včetně sledování, a umožňuje přizpůsobení energetických depozit ke stopám. Po tomto kroku se rychlost událostí sníží na 1 kHz.

Zbývající data, odpovídající přibližně 1000 událostem za sekundu, jsou uložena pro další analýzu.

Analýza

Offline rekonstrukce událostí se provádí u všech trvale uložených událostí, přičemž se obrazec signálů z detektoru mění na fyzikální objekty, jako jsou trysky , fotony a leptony . Grid computing se hojně využívá k rekonstrukci událostí, což umožňuje paralelní využívání univerzitních a laboratorních počítačových sítí po celém světě pro náročný úkol CPU redukovat velké množství surových dat do podoby vhodné pro fyzikální analýzu. Software pro tyto úkoly byla ve stádiu vývoje po mnoho let a vylepšení probíhají, a to i po sběru dat začala.

Jednotlivci a skupiny v rámci spolupráce píší vlastní kód, aby provedli další analýzu těchto objektů a hledali ve vzorcích detekovaných částic konkrétní fyzikální modely nebo hypotetické částice.

Drobnosti

Výzkumník na obrázku ve známém obrazu detektoru ATLAS je Roger Ruber, výzkumník z univerzity v Uppsale ve Švédsku. Ruber, jeden z výzkumných pracovníků zodpovědných za centrální kryostatový magnet detektoru ATLAS, kontroloval magnety v tunelu LHC ve stejnou dobu, kdy se Maximilien Brice, fotograf, připravoval na fotografování detektoru ATLAS. Brice požádal Rubera, aby se postavil na základnu detektoru, aby ilustroval měřítko detektoru ATLAS. To odhalil Maximilien Brice a potvrdil to Roger Ruber během rozhovorů v roce 2020 s Rebeccou Smethurst z Oxfordské univerzity.

Reference

Další čtení

externí odkazy