2008-05-18 01:00

ATLAS - wielki detektor, wielki sukces Polaków

25 m wysokości, 46 m długości - to wymiary ATLASu, największego detektora, jaki kiedykolwiek zbudował człowiek. Z jego elementami, schematem działania oraz zastosowaniem można było zapoznać się podczas tegorocznego Festiwalu Nauki w Krakowie, który zakończył się w sobotę. O tym wyjątkowym urządzeniu opowiadali sami konstruktorzy - naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ). ATLAS, czyli toroidalny zespół detektorów (A Toroidal LHC ApparatuS) jest jednym z czterech detektorów działających w obrębie olbrzymiego akceleratora o nazwie LHC - Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collieder).

Urządzenie to, którego uruchomienie planowane jest na lipiec 2008 roku, jest kluczowym eksperymentem prowadzonym obecnie w CERNie (Europejskim Laboratorium Fizyki Cząstek). Umiejscowione jest pod Genewą, na francusko-szwajcarskiej granicy. Mieści się w tunelu, około 100 m pod powierzchnią ziemi, ma 8 km średnicy i aż 27 km obwodu.

Jak tłumaczy obecna na Festiwalu Jolanta Olszewska z IFJ, zadaniem LHC jest przyspieszanie wiązek cząstek poruszających się w przeciwnych kierunkach i wprowadzanie ich na kurs kolizyjny. Następujące w wyniku tego zderzenia rejestrowane są następnie przez skomplikowane detektory. Na potrzeby LHC zbudowano aż cztery takie urządzenia: ATLAS, CMS, ALICE i LHC-B. I właśnie w budowie pierwszego z nich - ATLASu - uczestniczyli, prezentujący się na Festiwalu Nauki, naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN.



Jak każdy z czterech wymienionych układów detekcyjnych, także ATLAS składa się z licznych poddetektorów, podzielonych na wiele dalszych komórek. Każda z nich zawiera elektroniczny tor sygnałowy, składający się z wzmacniaczy, układów formowania impulsu, przetworników sygnału, wiązek kabli i włókien optycznych, systemu pamięci buforowych itp. Naukowcy mówią, że wewnętrzne elementy w ATLASIE mają tyle tranzystorów, ile gwiazd jest w całej Drodze Mlecznej. Podkreślają też, że detektor ten będzie w stanie mierzyć ślady cząstek z dokładnością do 0,01 mm.

I właśnie oryginalne, prototypowe układy, na których pracownicy IPJ wykonali setki prób, testów i doświadczeń mogą zobaczyć wszyscy, którzy odwiedzają krakowski Rynek Główny.

Jeden z badaczy uczestniczących w pracach nad ATLASem - prof. Michał Turała, wyjaśnia, że ATLAS opiera się na dużym, powietrznym, nadprzewodzącym magnesie toroidalnym, stanowiącym podstawę spektrometru magnetycznego dla pomiaru mionów o bardzo dużych pędach. W magnesie tym znajduje się detektor wewnętrzny, którego sercem jest układ detektorów krzemowych o łącznej powierzchni 55 m.kw., obsługiwany przez ponad 6 milionów kanałów elektroniki odczytu.



Jak podkreśla Turała, ATLAS składa się z wielu różnych warstw, a każda z nich ma odmienny charakter. Każda odpowiada też za rejestrację innego typu ładunków i mierzenie energii różnie naładowanych cząstek. "Pierwsza z nich jest np. z kwarcu, druga z rzadkiego i niezwykle drogiego wolframianu ołowiu - mówi profesor. - Różnice te wynikają z potrzeby badania rozbłysków wielu różnych typów cząstek, m.in. elektronów, mionów, protonów itp."

Uczestniczący w Festiwalu fizycy tłumaczą też, na czym polega udział Polaków w eksperymencie. Jak wyjaśniają, istotnym elementem przygotowań są symulacje procesów fizycznych, odpowiedzi detektorów oraz algorytmy selekcji i zapisu informacji. I właśnie krakowska grupa z IFJ odegrała tu ogromną rolę. Stworzyła powszechnie używany pakiet do szybkiej symulacji ATLAS, znalazła algorytmy poszukiwania cząstki Higgsa, a także wykonała projekt i symulację systemu wyzwalania i akwizycji danych detektora ATLAS.

Wkładem zespołu krakowskiego w projekt i budowę ATLASu są też prace nad odpornymi na promieniowanie krzemowymi detektorami i wyspecjalizowanymi układami scalonymi. Prowadzone są testy układów hybrydowych. Zespół ma również wkład w budowę układu kontroli i monitorowania detektora.

Jak tłumaczy Olszewska, jest to układ o kluczowej roli dla funkcjonowania całego LHC. "Napisana przez nas aplikacja pozwala włączać napięcia, monitorować pracę całego detektora, generować alarmy w razie wadliwej pracy którejkolwiek z jego części, a także wyłączać urządzenie w sytuacji zagrożenia. Kontroluje temperaturę, napięcie i natężenie prądu, ciśnienie i inne ważne parametry".

Olszewska dodaje też, że Polska uczestniczy w eksperymencie CERN-u od samego początku, czyli od 1993 roku. Naukowcy z IFJ brali czynny udział już na etapie wstępnego planowania i ustalania, jak wyglądać będą poszczególne elementy LHC i ATLASu.

CERN (Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek) to największy ośrodek badawczy fizyki cząstek elementarnych na świecie. Istnieje od 1954 roku i jest jednym z pierwszych wspólnych europejskich przedsięwzięć. Ośrodek CERN zlokalizowany jest na francusko- szwajcarskiej granicy, na zachód od Genewy. Pracuje w nim 6500 naukowców, z 500 uczelni w 20 krajach świata. Głównym zadaniem CERN jest dostarczanie fizykom wiązek cząstek o wysokich energiach, by mogli wykorzystywać je do swoich eksperymentów. CERN jest także kolebką WWW.

PAP - Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz

bsz

Wersja do druku     Poleć stronę