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ATLAS 物理学新时代的探测器

2021-11-10 14:42     来源:CERN     ATLAS 大型强子对撞机
经过近十年的设计和建造,New Small Wheels (新小轮,简称NSW)系统加入了 ATLAS 实验。


小轮“C”于 2021 年 10 月 14 日进入位于实验正上方的 ATLAS 地面大厅。 (图片来源:CERN)

大型强子对撞机 ( HL-LHC )的高光度升级将大大提高 ATLAS 实验中的碰撞率。虽然为物理学家提供了探索宇宙中一些最稀有过程的机会,但大碰撞率带来了新的挑战——尤其是更高的辐射水平和更多的数据。ATLAS 合作正在通过使用新的、最先进的仪器升级其探测器的所有部件来适应这些挑战。

“ μ 介子NSW 是 ATLAS 中第一个专门设计用于处理高亮度条件的新型探测器,”ATLAS 发言人 Andreas Hoecker 说。“第二个也是最后一个NSW 的安装遵循了 ATLAS 成员近十年的专注努力,他们从头开始设计、建造和组装这个高科技 μ 子探测器。”

尖端技术

ATLAS NSW 系统由两个轮状探测器组成,位于实验洞穴的两端。与 ATLAS 的 25 米“大轮”探测器相比,每个 NSW 重达 100 多吨,直径近 10 米。

比大小更重要的是功能。NSW 探测器处于探测器设计的最前沿,使用两种创新的气体探测器技术:微兆气体 (MM) 和小条薄间隙室 (sTGC)。这些提供了快速和精确的μ子跟踪能力。“NSW 允许的改进空间分辨率对于 ATLAS“触发器”尤其重要,该系统决定存储哪些碰撞事件以及丢弃哪些碰撞事件。触发器将依靠 NSW 出色的分辨率来确认粒子是否来自相互作用点,从而减少我们从不需要的背景事件中保存数据的机会,”NSW 第一阶段升级项目负责人马里奥·安东内利说。

整个系统的读出能力惊人:200 万个 MM 读出通道和 350,000 个 sTGC 电子读出通道。每个轮子有 16 个扇区,每个扇区包含两层 MM 和 sTGC 室,每个室有四个测量平面,为物理学家在通过探测器追踪 μ 子轨迹时提供有用的冗余。


在欧洲核子研究中心组装NSW的商会。(图片:欧洲核子研究中心)

探测器之舞

虽然 2021 年 NSW 的探测器已经进入地下,但这并不是他们第一次移动。ATLAS μ 介子系统项目负责人 Philipp Fleischmann 说:“NSW 的努力是跨国的,来自全球 ATLAS 合作的成员为建筑和设计做出了贡献。”

原来的轮子正式退役后,NSW “A”号于 7 月 6 日从 191 号楼移到 ATLAS 地面大厅,六天后下降到 ATLAS 洞穴中,进入位于热量计端盖低温恒温器和端盖环形磁铁之间的最后位置。四个月后,NSW“C”号重演了这一重要时刻,因为它于 11 月 4 日被降入 ATLAS 洞穴。

ATLAS 技术协调员 Ludovico Pontecorvo 表示:“尽管全球大流行,项目负责人 Stephanie Zimmermann 不幸去世,但该团队仍设法使项目保持在正轨上,这证明了他们令人难以置信的才能和奉献精神。”


新南威尔士州“A”定位在 ATLAS 实验内。(图片:欧洲核子研究中心)

运动中的新轮

NSW 的探测器将有助于第三轮数据采集,因为 LHC 已经计划适度增加光度。在等待看到车轮运行的同时,ATLAS 合作将重点转向实验的下一个重大升级。ATLAS 升级协调员 Francesco Lanni 说:“LHC(LS3,计划于 2025 年)的下一次长期关闭将是 HL-LHC 开始运行之前的最后一次关闭。在此期间,我们有很多工作要做,包括构建和组装全新的内部跟踪系统。但随着每一次新的升级,我们离 LHC 物理学的下一个篇章以及其中可能存在的激动人心的发现又近了一步。”

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