Τροχοί σε κίνηση: τι σχεδιάζεται για την ATLAS τα επόμενα δύο χρόνια;

Ενίσχυση των δυνατοτήτων ανίχνευσης της ATLAS για την προετοιμασία της επανεκκίνησης του LHC

Πώς προετοιμάζεται ο ανιχνευτής ATLAS για το μέλλον; Όταν το συγκρότημα επιταχυντών CERN τερμάτισε τον Δεκέμβριο του 2018, οι επιστήμονες και τεχνικοί της ATLAS άρχισαν αμέσως να ανοίγουν τον άξονα που οδηγεί από το επίπεδο του εδάφους στο υπόγειο σπήλαιο της ATLAS, καθώς και το άνοιγμα του ίδιου του ανιχνευτή. Θα διατηρήσουν και θα αναβαθμίσουν τον ανιχνευτή κατά τα επόμενα δύο χρόνια, την ώρα που το CERN έχει διαθέσει για ένα τεχνικό διάλειμμα που ονομάζεται Long Shutdown 2 (LS2) . Ορισμένες από τις βελτιώσεις αποτελούν μέρος της αναβάθμισης του LHC (Large Hadron Collider) , του High Luminosity LHC (HL-LHC) , που θα λειτουργήσει από το 2026. Η αναβάθμιση θα αυξήσει σημαντικά τον ρυθμό των συγκρούσεων σωματιδίων, θα αυξήσει τα ποσοστά ανάγνωσης και να δημιουργήσουν περισσότερες ευκαιρίες για ανακαλύψεις φυσικής.

Χρονική υπέρβαση του ανοίγματος του σπηλαίου της ATLAS ( Βίντεο: Emma Ward / ATLAS / CERN )
Αυτό το διάγραμμα του ανιχνευτή ATLAS δείχνει ότι κάποια από τα έργα συντήρησης και αναβάθμισης θα αποθηκευτούν τα επόμενα δύο χρόνια.
Αυτό το διάγραμμα του ανιχνευτή ATLAS δείχνει ότι κάποια από τα έργα συντήρησης και αναβάθμισης θα αποθηκευτούν τα επόμενα δύο χρόνια.

Η ATLAS είναι το μεγαλύτερο πείραμα LHC. Εγκατεστημένο μεταξύ του 2003 και του 2008, στοχεύει, όπως το CMS, να κατανοήσει τις ιδιότητες του μποζονίου Higgs και να αναζητήσει νέα φυσική.

Νέοι τροχοί που δεν είναι τόσο μικροί

Μια σημαντική βελτίωση στο πείραμα θα είναι η εγκατάσταση δύο νέων ανιχνευτών σχήματος τροχού για την παρακολούθηση σωματιδίων που ονομάζονται μιόνια. Τα muons μπορούν να θεωρηθούν ως βαρύτερα ξαδέλφια ηλεκτρονίων και να περάσουν από τα εσωτερικά μέρη του ανιχνευτή με μικρή διαταραχή. Εάν φανταστείτε τον ανιχνευτή ως κρεμμύδι, το φασματόμετρο μιονίου είναι το εξωτερικό δέρμα. Οι μιόνες που απομακρύνονται σε γωνίες μικρότερες από 40 μοίρες από την κατεύθυνση της δέσμης μετριούνται με μια σειρά από τρία στρώματα υπο-ανιχνευτών, το εσωτερικό του οποίου είναι γνωστό ως ο μικρός τροχός – επειδή είναι «μόνο» 9,3 μέτρα σε διάμετρο.

Ανιχνευτές, ATLAS, Τροχοί
Ένας από τους νέους μικρούς τροχούς της ATLAS, με διάμετρο περίπου 10 μέτρων. (Εικόνα: Julien Marius Ordan / CERN)

Οι νέοι τροχοί θα βελτιώσουν τις δυνατότητες ενεργοποίησης της ATLAS και θα είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν τα υψηλότερα ποσοστά μιονίων που αναμένονται από το HL-LHC. Κάθε τροχός αποτελείται από 16 σφήνες, ή τομείς, καλυμμένοι με στρώματα θαλάμων ανιχνευτών γνωστών ως μικρομεγέθης (ΜΜ) και μικρών λωρίδων με λεπτό διάκενο (sTGC). Και τα MM και τα sTGC έχουν εξαιρετικές δυνατότητες παρακολούθησης ακριβείας, σε επίπεδο 100 μικρομέτρων, και ο πολύ καλός χρόνος απόκρισης που απαιτείται για τον μοναδικό προσδιορισμό του χρόνου σύγκρουσης.

Η συναρμολόγηση πραγματοποιείται επί του παρόντος στην επιφάνεια και οι τροχοί θα μεταφερθούν στην ATLAS και θα κατέλθουν από τον άξονα στον ανιχνευτή. Ένας από τους υπάρχοντες μικρούς τροχούς τέθηκε στην επιφάνεια την περασμένη εβδομάδα και ο πρώτος νέος τροχός έχει προγραμματιστεί να εισέλθει στο σπήλαιο ATLAS την άνοιξη του 2020.

Επανατοποθέτηση του ATLAS μέσα και έξω

Συνδέεται με τις αναβαθμίσεις του συστήματος ανίχνευσης μιονίων είναι η προσθήκη 16 νέων σταθμών για τη βελτίωση της ικανότητας της ATLAS να ανιχνεύει μιονόνια στην περιοχή μεταξύ του βαρελιού και των τερματικών. Οι σταθμοί περιέχουν μικρούς παρακολουθούμενους μικρούς σωλήνες (sMDT) και θάλαμους αντιστατικών πλακών (RPC) γεμισμένοι με αέριο. Οι φυσικοί μπορούν να εντοπίσουν τα μιόνια χρησιμοποιώντας το μονοπάτι των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που προκαλούνται από τα μιονόντα που διέρχονται από το αέριο. Η ανακατασκευή των μονοπατιών των μιονίων θα βελτιωθεί χάρη στα sMDTs με RPC μικρότερης διαμέτρου και νέας γενιάς με μειωμένο πάχος ηλεκτροδίων.

Ένα άλλο σημαντικό καθήκον που συμβαίνει κατά τη διάρκεια του LS2 είναι η αντικατάσταση ορισμένων εξαρτημάτων των ηλεκτρονικών συσκευών front-end του θερμιδόμετρου υγρού αργού (LAr). Αυτό θα βελτιώσει την ικανότητα της ATLAS να διατηρεί σημαντικά σήματα που προέρχονται από ηλεκτρόνια και φωτόνια. Επιπλέον, η αναβάθμιση των συστημάτων ενεργοποίησης και λήψης δεδομένων θα προετοιμάσει το πείραμα για το HL-LHC.

Παράλληλα με την εργασία στον ανιχνευτή, οι εργασίες κατασκευής συνεχίζονται αδιάκοπα γύρω από την ATLAS στην επιφάνεια και στο υπόγειο, στο πλαίσιο προετοιμασίας για το HL-LHC. Ένας άξονας με βάθος 62 μέτρων έχει μόλις ολοκληρωθεί και οι πολιτικοί μηχανικοί είναι πλέον απασχολημένοι να σκάβουν ένα σπήλαιο υπηρεσιών και γκαλερί για νέο εξοπλισμό.

Ενώ πολλές αναβαθμίσεις και εγκαταστάσεις της ATLAS θα πραγματοποιηθούν κατά τη διάρκεια του Long Shutdown 3 (LS3), το οποίο προγραμματίζεται να αρχίσει το 2024, οι δραστηριότητες που θα πραγματοποιηθούν τα επόμενα δύο χρόνια θα τον καταστήσουν έναν ανιχνευτή καλύτερης απόδοσης, έτοιμος να λάβει δεδομένα όταν ο LHC επανεκκίνηση το 2021.

πηγή: