Detektor ATLAS gotowy do odpowiedzi na fundamentalne pytania fizyki
Ostatni element nowego detektora ATLAS znajdującego się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych (CERN) został umieszczony w docelowym położeniu. Otwiera to drogę do prowadzenia eksperymentów badających naturę ciemnej materii oraz do poszukiwań dodatkowych wymiarów czasoprzestrzeni. "To dla nas bardzo ekscytujący dzień" - powiedział Marzio Nessi, koordynator techniczny ATLAS. "Proces instalacji zbliża się ku końcowi, a my przygotowujemy się do uruchomienia nowego programu badań fizycznych". Mający 46 metrów długości, 25 metrów szerokości oraz masę 7 tys. ton detektor cząstek ATLAS jest największym na świecie detektorem ogólnego zastosowania. Składa się on ze 100 milionów czujników, które będą dokonywać pomiaru cząstek powstałych w wyniku zderzeń proton-proton w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Prace nad detektorem ATLAS prowadziło ponad 2 100 naukowców i inżynierów ze 167 instytucji w 37 krajach. Pierwszą część detektora zainstalowano w roku 2003. Od tego czasu do podziemnej komory, w której znajduje się ATLAS, stumetrowej głębokości szybem opuszczono jeszcze wiele innych elementów detektora. Ostatnia montowana część określana jest mianem "małego koła" (small wheel). ATLAS posiada dwa takie urządzenia, które są małe jedynie w porównaniu z całym detektorem, każde z nich bowiem waży ok. 100 ton i ma średnicę 9,3 metra. Ustawianie tych elementów jest niełatwym zadaniem. "Jednym z największych wyzwań jest opuszczenie małego koła wolnym, zygzakowatym ruchem w dół szybu, a następnie wykonanie precyzyjnej kalibracji ustawienia detektora w obrębie milimetra od innych detektorów umieszczonych już w komorze" - tłumaczy Ariella Cattai stojąca na czele zespołu odpowiedzialnego za małe koło. Małe koła pokryte są czułymi detektorami, których przeznaczeniem jest identyfikacja i pomiar pędu powstających w LHC cząstek, mionów. Kiedy cząstki przechodzą przez pole magnetyczne wytworzone przez magnesy nadprzewodzące detektor jest w stanie wykrywać je do szerokości włosa ludzkiego. W skład ATLAS wchodzą cztery komponenty główne. Układ magnesów odpowiedzialny jest za zaginanie toru naładowanych cząstek przeznaczonych do analizy. Wewnętrzny detektor śladowy dokonuje pomiaru pędu każdej naładowanej cząstki, a kalorymetr mierzy wartość energii przenoszonej przez cząstki. Spektrometr mionowy identyfikuje i dokonuje pomiaru mionów. "Uważamy, że miony stanowią sygnaturę interesujących zdarzeń" - tłumaczy James Bensinger z Uniwersytetu Brandeis w USA, który bierze udział w pracach nad detektorem ATLAS. Dla potrzeb obsługi olbrzymich ilości danych generowanych przez ATLAS zbudowano złożony system komputerowy. System wyzwalania (trygera) wybiera 100 "interesujących zdarzeń" na sekundę spośród 1 000 000 000 pozostałych. System gromadzenia danych kieruje dane z detektorów do instalacji przechowywania danych, a system przetwarzania danych analizuje 1 000 000 000 zdarzeń rejestrowanych w ciągu roku. "To ważny kamień milowy w skomplikowanym procesie konstrukcji detektora ATLAS" - powiedział Joseph Dehmer, dyrektor działu fizyki w amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (National Science Foundation). "LHC jest jednym z najbardziej ekscytujących eksperymentów w fizyce w obecnym dziesięcioleciu i nie tylko. Oczekujemy przełomowych wyników, które obecnie są niemal na wyciągnięcie ręki". Zespół ATLAS skupi się teraz na pracach przygotowawczych do rozruchu LHC przewidzianego na lato bieżącego roku. ATLAS jest jednym z sześciu wielkoskalowych eksperymentów realizowanych w ramach LHC. Podobnie jak detektor ATLAS, detektor mionów CMS (Compact Muon Solenoid) jest dużym detektorem ogólnego zastosowania, który analizować będzie olbrzymie ilości cząstek wytwarzanych w LHC. Ponieważ ATLAS i CMS projektowano niezależnie od siebie będą one wykorzystywane do niezależnej weryfikacji nowych odkryć. Dwa średniej wielkości eksperymenty ALICE (A Large Ion Collider Experiment) oraz LHCb (Large Hadron Collider beauty) mają na celu analizę zderzeń LHC związanych z określonymi zjawiskami. Jednocześnie dwa najmniejsze eksperymenty - TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) oraz LHCf (Large Hadron Collider forward) dotyczyć będą cząstek produkowanych "do przodu", które jedynie ocierają się o siebie w momencie zderzenia wiązek, a nie uderzają w siebie "czołowo". Po włączeniu LHC naukowcy będą mieć możliwość próby odpowiedzi na wiele pytań trapiących od dawna fizykę. Na przykład, dlaczego cząstki mają takie masy, jakie mają? Dlaczego przyroda woli materię od antymaterii? Pośród innych tematów będących przedmiotem zainteresowania figuruje natura ciemnej materii oraz jakie rodzaje materii istniały w okolicach początku czasu. Zderzacz LHC może nam nawet pomóc w poszukiwaniu dodatkowych wymiarów czasoprzestrzeni.
Kraje
Szwajcaria