Pikselowy wyzwalacz pierwszego poziomu do doświadczeń w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC)
Odkrycie bozonu Higgsa w 2012 r. umożliwiło uzupełnienie zbioru cząstek przewidzianych w modelu standardowym. Działanie LHC z wyższą energią pozwoli na badanie właściwości bozonu Higgsa. Na podstawie danych dotyczących zderzeń cząstek z najwyższą energią, jaką udało się do tej pory osiągnąć, fizycy będą poszukiwać śladów nowych cząstek, które opierają się znanym prawom fizyki. Aby sprostać wyzwaniom związanym z przeprowadzaniem doświadczeń polegających na zderzaniu protonów z prawie dwukrotnie wyższą energią niż w poprzednich cyklach, konieczne będzie zwiększenie możliwości detektora CMS (Compact Muon Solenoid) w zakresie izolowania i precyzyjnego pomiaru produktów. Finansowany ze środków UE zespół naukowców wniósł znaczący wkład w prace mające na celu skuteczne zwiększenie wydajności detektora CMS w zakresie wywoływania zdarzeń z jeszcze nieznanych procesów fizycznych. Naukowcy, pracujący nad finansowanym ze środków EU projektem TAUKITFORNEWPHYSICS (Tau toolkit for opening the new physics window at LHC and possible spin off effects), odegrali kluczową rolę w rozwoju wyzwalacza pikselowego pierwszego poziomu dla detektora CMS. Algorytm PiXTRK stanowi pierwsze podejście do uzyskania rekonstrukcji toru w czasie rzeczywistym przy wykorzystaniu funkcji rozpoznawania wzorców na podstawie trafień pikseli. Aby to umożliwić, oparto algorytm PiXTRK na trafieniach pikseli wysyłanych przez elektromagnetyczny układ kalorymetrycznego wyzwalacza pierwszego poziomu detektora CMS. Innymi słowy, klastry trafień w detektorze pikselowym są dopasowywane do klastrów zidentyfikowanych na poziomie kalorymetru pierwszego poziomu. Proces rozpoznawania wzorców obejmuje etap definiowania przedziałów w poprzecznych i wzdłużnych płaszczyznach względem osi wiązki oraz etap powrotu do punktu wiązki. Po zastosowaniu algorytmu w wyzwalaczu pierwszego poziomu na elektronach okazało się, że może on zrekonstruować trajektorie cząstek z klastrów pikseli z ogólną wydajnością powyżej 95%, przy utrzymaniu progu pędu elektronu na poziomie 20 GeV/c i stopnia redukcji na poziomie 5, na dużym kątowym obszarze odbioru i przy wysokim stopniu skupienia. Stanowiło to bardzo obiecujące potwierdzenie potencjalnej wydajności tego wyzwalacza. Ponadto naukowcy pomogli w opracowaniu innowacyjnego czujnika do wykrywania i precyzyjnego pomiaru współrzędnych uderzających naładowanych cząstek. Lawinowy czujnik pikselowy (APiX) opiera się na technologii krzemowej PM i wykorzystuje pionową integrację 3D wielu pikseli lawinowych wdrożoną w cyfrowych układach elektronicznych do odczytu na tej samej strukturze. Po zakończeniu projektu TAUKITFORNEWPHYSICS w 2014 r. prowadzono prace nad opracowaniem technologii wytwarzania tego innowacyjnego detektora promieniowania jonizującego. Czujnik APiX będzie się odznaczał niskim poziomem hałasu i poboru energii, a także wysoką tolerancją na promieniowanie. Oczekuje się, że wyniki tego badania znajdą zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, począwszy od aparatury badawczej po mikroskopię elektronową i obrazowanie medyczne.
Słowa kluczowe
LHC, model standardowy, fizyka, detektor Compact Muon Solenoid, TAUKITFORNEWPHYSICS
