Endpsurt meklēšanai “mīkla daļiņa”

Fiziķi nokomplektē komponentus lielākajam daļiņu celiņa detektoram

Higsa Bosona daļiņu pēdu modelēšana © CERN
lasīt skaļi

Daļiņu fiziķu lielā cerība balstās uz gigantisku magnētisko gredzenu netālu no Ženēvas pilsētas: Paredzēts, ka daļiņu paātrinātājs Lielais hadronu sadursme (LHC) no 2008. gada trāpīs protoniem ar nepieredzētu enerģiju. Tagad ir pabeigti pirmie sistēmas kodola komponenti - detektors CMS (Compact Muon Solenoid).

Masveida 12 000 tonnu elementārais daļiņu detektors CMS uztver un identificē sadursmju laikā izveidotās daļiņas. CMS centrā ir izsekošanas detektors, kas reģistrē to daļiņu trajektorijas, kuras eksplodē pie sadursmes vietas. To veido 25 000 silīcija sensoru - aptuveni piektā daļa zinātnieku no Universitātes un Forschungszentrum Karlsruhe tagad ir izstrādāti, ražoti un pārbaudīti vienpadsmit gadu darbā. Pasaulē lielākā izsekošanas detektora uzstādīšana un CMS detektora galīgā montāža prasīs apmēram gadu.

Meklējiet mīkla daļiņu

Detektors izpētīs mazāko daļiņu noslēpumus un tādējādi jautājumu par Visuma izcelsmi un sastāvu. Tas ietver meklēšanu pēc Higsa daļiņas (Higsa bozona), ko, pēc fiziķu domām, izraisa visas matērijas masa. Turklāt fiziķi vēlas izmantot CMS, lai noteiktu daļiņas, kas veido neredzamo tumšo vielu, kas veido apmēram ceturto daļu no visas Visuma masas. CMS detektors ir viens no četriem lielajiem detektoriem LHC.

Higsa bozons ir pēdējā daļiņa no daļiņu fizikas standarta modeļa, ko fiziķi vēl nav atklājuši. Modelis apraksta pamatdaļiņas un spēkus starp tām. "Mēs iedomājamies, ka Visumā papildus jau pazīstamajiem elektriskajiem, magnētiskajiem un gravitācijas laukiem ir arī Higsa lauks, kas daļiņām piešķir inertu masu, " saka profesors. Tomass Mīlers no Karlsrūes universitātes Astrodaļiņu un elementāro daļiņu fizikas centra (CETA).

Daļiņu trajektoriju juceklis

Laiks Higsa sastāv no kvantiem, Higsa bozoni. Tos var mākslīgi ģenerēt paātrinātājos - bet pierādījums vēl nebija izdevies, jo tos ir grūti atšķirt no līdzīgiem, bet daudz biežākiem citu daļiņu veidošanās un sabrukšanas procesiem. Tāpēc ir jāapkopo pēc iespējas vairāk daļiņu sadursmju dati, lai filtrētu raksturīgos signālus no daļiņu trajektoriju jucekļa, izmantojot Higsa bozona statistiskās metodes. displejs

"Jums jānovērtē 100 000 miljardu sadursmju, lai pierādītu atsevišķu Higsa bozonu, " saka Mīlers. Jaunais daļiņu paātrinātājs LHC spēs uzņemt 100 reizes vairāk protonu sekundē, nekā tas šobrīd ir iespējams Fermilabā netālu no Čikāgas, kas ir līdz šim visspēcīgākais daļiņu paātrinātājs. Tāpēc fiziķi cer, ka pēc dažiem gadiem spēs pierādīt Higsa bozonu.

1000 grāmatu lapu datu par vienu sadursmi

Izmeklēšanas detektoram CMS detektorā ir izšķiroša loma. Ar desmit miljoniem silikona matu sloksņu, kas kopumā sasniedz tenisa korta virsmu 210 kvadrātmetru platībā, tā varēs reģistrēt visu elektriski lādētu daļiņu pēdas, kas rodas sadursmē. Katru sekundi notiek apmēram 40 miljoni sadursmju. Tāpēc prasības attiecībā uz sliežu ceļa detektora jutīgumu un ātrumu ir ļoti augstas. Viņš ir arī ārkārtīgi izturīgs pret radiāciju.

Katra sadursme rada datu apjomu, kas ir ekvivalents apmēram 1000 grāmatu lappušu. Aptuveni 160 elementāro daļiņu un to sabrukšanas produktu enerģijai un trajektorijām, kas rodas sadursmē, jābūt saistītām. Šādi fiziķi vēlas filtrēt no Higga bozona raksturīgos samazināšanas procesus no datu plūdiem, it kā meklējot kāda cilvēka pirkstu nospiedumu uz sabiedriskās ēkas durvīm.

Grūta meklēšana

"Šī ir liela un sarežģīta mīkla, " saka M ller. Tas jāatrisina ar pasaules datu centru tīkla Grid palīdzību. Režģis apkopo centru skaitļošanas spējas un tādējādi ļauj samērā ātri atrisināt sarežģītus uzdevumus. Atsevišķās atrašanās vietas ir savstarpēji saistītas, izmantojot jaudīgu interneta struktūru, kas ļauj ātri apmainīties ar datiem. Karlsrūes pētniecības centrā atrodas vācu mezgls GridKa.

Eksperimentālās kodolfizikas institūta zinātnieki ir simulējuši sadursmes, lai izpētītu pierādījumus par Higsa bozoniem. Viņi paredz sarežģītu meklēšanu. "Mums praksē labi jāzina detektora izturēšanās, lai atrastu Higsa bozonu, " saka M ller. Tomēr viņš ir pārliecināts, ka tas būs iespējams dažu gadu laikā. Lai arī smieklīgajai daļiņai vajadzētu būt smagākai, nekā gaidīts, to var ražot LHC. Enerģija, kurai protonus var paātrināt, sedz teorētiski iespējamo Higsa boza masu diapazonu.

(Karlsrūes universitāte, 29.08.2006. - NPO)