Великий Адронний Коллайдер отримує серйозний “апгрейд”

Як відомо, Великий Адронний Коллайдер є найбільшим і найпотужнішим на сьогоднішній день прискорювачем частинок, який повинен допомогти вченим глибше проникнути в деякі з таємниць світобудови.

А через не надто тривалий час ця грандіозна споруда придбає ще більші можливості завдяки серйозній модернізації обладнання одного з чотирьох основних експериментів – Compact Muon Solenoid (CMS). Ця модернізація проводиться прямо зараз і керівництво Європейської організації ядерних досліджень CERN порівнює її за складністю і делікатності зі складністю хірургічної операції, проведеної на відкритому серці.

В ході модернізації буде проведена заміна кількох внутрішніх шарів датчиків частинок експерименту CMS. Всі ці датчики, об’єднані в єдину систему, є так званий піксельний датчик, який служить для збору різноманітної інформації про частки, що народжуються в результаті сотень мільйонів зіткнень протонів у секунду, що відбуваються в точці перетину променів коллайдера.

Великий Адронний Коллайдер умовно можна розглядати, як дві паралельні труби, по яких в протилежних напрямках рухаються потоки розігнаних майже до швидкості світла частинок, протонів. Ці труби перетинаються в декількох місцях і навколо цих місць встановлені різні датчики, деякі з яких, такі, як датчик експерименту CMS, мають воістину величезні розміри. Датчик CMS має довжину в 20 метрів і діаметр 15 метрів, а розташовується він на глибині 100 метрів нижче рівня поверхні.

Піксельний датчик експерименту CMS являє собою досить незвичайну камеру, з розширенням в 124 мегапікселя. Сенсор цієї камери складається з чотирьох накладених один на одного кремнієвих шарів. Коли частинки, утворені в результаті зіткнень протонів, проходять крізь шари датчика, вони послідовно генерують сигнали певної форми і амплітуди в кожному шарі. Аналіз зібраних даних дозволяє визначити напрямок польоту кожної частки і розрахувати її основні параметри, що використовується для її подальшої ідентифікації.

Модернізований датчик експерименту CMS буде здатний виробляти аналіз 50-60 зіткнень протонів від одного імпульсу коллайдера, для порівняння, можливостей старого 66-мегапіксельного датчика вистачало на реєстрацію 25-30 зіткнень від одного імпульсу. Враховуючи, що імпульси слідують через кілька наносекунд, новий датчик буде працювати зі швидкістю близько 40 мільйонів знімків в секунду. Весь величезний обсяг інформації, що збирається буде оброблятися, очищатися від перешкод, шумів і іншого “сміття”, а  чисті дані будуть використовуватися фізиками для пошуку нових частинок, виявлення нових явищ і порівняння експериментальних даних і даних, отриманих за допомогою теоретичних розрахунків.

При виготовленні нових чутливих елементів датчика експерименту CMS вченим довелося знайти вирішення низки не дуже й дуже складних проблем, пов’язаних з необхідністю роботи датчиків в умовах впливу сильних потоків заряджених частинок. Більш того, зараз фахівці CERN включаючи в “гонку з часом”, адже до моменту запуску Великого адронного коллайдера, який буде проведений першого травня цього року, залишилося не так вже й багато часу. А модернізований піксельний датчик повинен до цього часу пройти програму великого тестування і калібрування.