Partikelfysikere på jagt efter ny fysik

Efter fem års arbejde, EPFLs fysikere, sammen med omkring 800 internationale forskere involveret i CERNs LHCb-projekt, har netop taget et vigtigt skridt ved at bygge en ny detektor - en glitrende fibertracker kaldet SciFi - for at høste flere data fra kollideren.

The Large Hadron Collider (LHC) ved CERN, Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning, producerer hundredvis af millioner af protonkollisioner i sekundet. Men forskere, der arbejder på Large Hadron Collider skønhedseksperimentet (LHCb), som involverer fysikere fra EPFL, kan kun optage 2, 000 af disse kollisioner, ved hjælp af en af ​​de detektorer, der er installeret på speederen. Så i sidste ende, dette teknologiske vidunder giver fysikerne lyst til mere. De er overbevist om, at den enorme mængde af uopfangede data rummer svarene på flere uløste spørgsmål.

I elementær partikelfysik, Standardmodellen - den teori, der bedst beskriver fænomener på dette område - er blevet godt og grundigt afprøvet, alligevel ved forskerne, at puslespillet ikke er komplet. Det er derfor, de studerer fænomener, som standardmodellen ikke tager højde for. Denne søgen efter "ny fysik" søger at forklare antistoffets forsvinden efter Big Bang og naturen af ​​det mørke stof, selvom det repræsenterer omkring 30% af universet, kan kun påvises ved astronomiske målinger på dette tidspunkt.

"For at udtrække flere oplysninger fra LHC-dataene, vi har brug for nye teknologier til vores LHCb-detektor, " siger Aurelio Bay fra EPFL's Laboratory for High Energy Physics. EPFL er gået sammen med flere forskningsinstitutter for at udvikle det nye udstyr, der skal opgradere eksperimentet i 2020.

Brug af scintillerende fiber til at detektere partikler

Efter fem års arbejde, EPFLs fysikere, sammen med omkring 800 internationale forskere involveret i LHCb-projektet, har netop taget et vigtigt foreløbigt skridt i retning af at forbedre deres eksperimentelle udstyr markant. De har besluttet at bygge en ny detektor - en glitrende fibertracker kaldet SciFi.

Konstruktion af trackeren, som indeholder 10, 000 kilometer glitrende fibre hver med en diameter på 0,25 mm, er allerede begyndt. Når partikler rejser gennem dem, fibrene vil afgive lyssignaler, som vil blive opfanget af lysforstærkende dioder. De glitrende fibre vil blive arrangeret i tre paneler, der måler fem gange seks meter, installeret bag en magnet, hvor partiklerne forlader LHC acceleratorens kollisionspunkt. Partiklerne vil passere gennem flere af disse fiber-'måtter' og afsætte en del af deres energi undervejs, producerer nogle fotoner af lys, der derefter vil blive omdannet til et elektrisk signal.

Data om, hvordan partiklerne krydser fibrene, vil være nok til at rekonstruere deres bane. Fysikerne vil derefter bruge denne information til at genoprette deres primitive fysiske tilstand. "Det, vi i bund og grund vil gøre, er at spore disse partiklers rejse tilbage til deres udgangspunkt. Dette burde give os et indblik i, hvad der skete for 14 milliarder år siden, før antistof forsvandt, efterlader os med den sag, vi har i dag, " siger Bay.

Kæmpe datastrømme

SciFi er en nøglekomponent til at indhente data med den højeste hastighed, da det inkluderer filtre, der er designet til kun at bevare nyttige data. I en ideel verden, fysikerne ville indsamle og analysere alle data uden at skulle bruge for mange filtre. Men det ville involvere en enorm mængde data.

"Vi er måske allerede ved grænsen, fordi vi selvfølgelig skal gemme dataene et sted. Først bruger vi magnetisk lagring og derefter distribuerer vi data på LHC GRID, som omfatter maskiner i Italien, Holland, Tyskland, Spanien, hos CERN, og i Frankrig og Storbritannien. Mange lande deltager, og adskillige undersøgelser af disse data køres samtidigt, " tilføjer Bay. Han peger på sin computerskærm:rød bruges til at angive programmer, der ikke fungerer godt, eller dem, der i flere dage har forsøgt at blive inkluderet blandt prioriteterne.

Bay sætter pænt dette initiativ ind i en fysikers perspektiv: "Hvis LHC ikke har nok kraft til at afdække ny fysik, det hele er forbi for min generation af fysikere! Vi bliver nødt til at komme med en ny maskine, til næste generation."