Het ATLAS-experiment bij CERN's Large Hadron Collider (LHC) is klaar om een ​​nieuw hoofdstuk te beginnen in zijn zoektocht naar nieuwe fysica. Een belangrijke upgrade van het experiment, genaamd de U.S. ATLAS Fase I Upgrade, heeft Critical Decision-4-goedkeuring ontvangen van het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE), betekent de voltooiing van het project en een overgang naar operaties.

"Deze mijlpaal stelt ons in staat om de grenzen van ons begrip te verleggen, na de ontdekking van het Higgs-deeltje bij CERN, wat resulteerde in de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2013 " zei projectdirecteur Jonathan Kotcher, een senior wetenschapper bij DOE's Brookhaven National Laboratory. "De voltooiing van dit project is een belangrijke stap in de natuurkundecampagne die wordt opgezet aan de energiegrens, die ultramoderne versneller- en detectortechnologie integreert om de fundamentele krachten en deeltjes van de natuur te onderzoeken. We zijn erg enthousiast om ons te wenden tot de fysica en data-analyse die al dit harde werk mogelijk heeft gemaakt."

Onder leiding van Brookhaven Lab en Stony Brook University (SBU), de U.S. ATLAS Phase I Upgrade is de eerste fase van een grotere upgrade gepland voor de LHC:het High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC)-project. Het doel is om de helderheid van de LHC aanzienlijk te verhogen, waardoor wetenschappers 10 keer meer gegevens kunnen verzamelen over deeltjesbotsingen, observeren zeer zeldzame processen, en nieuwe ontdekkingen doen over de bouwstenen van materie. Maar eerst, langetermijnexperimenten zoals ATLAS moesten de eerste upgrades ondergaan om zich voor te bereiden op de komende jaren voordat de LHC overgaat naar de HL-LHC-modus.

"Het ATLAS-experiment loopt nu al tien jaar voorop in de exploratie en ontdekkingen van hoge-energiedeeltjes, " zei plaatsvervangend projectmanager Marc-André Pleier, een natuurkundige in Brookhaven. "Hoewel we tot nu toe veel hebben geleerd, ons huidige begrip van het universum kan verschijnselen als donkere materie, donkere energie, of antimaterie/materie-asymmetrie. Door deze detectorupgrades voor ATLAS te leveren, kunnen we nog zeldzamere processen dan ooit tevoren bestuderen en licht werpen op slecht begrepen of onontgonnen hoeken van ons begrip van hoe het universum werkt."

"De Amerikaanse ATLAS Fase I-upgrade omvatte het bouwen van moderne elektronica om verouderende elementen te vervangen door efficiëntere, maar het voorzag het experiment ook van nieuwe en verbeterde functionaliteiten, " zei projectmanager Christopher Bee, een senior wetenschapper bij SBU.

specifiek, het project richtte zich op drie componenten van ATLAS:het trigger/data-acquisitiesysteem, de vloeibare argoncalorimeter, en de voorwaartse muondetector (bekend als het nieuwe kleine wiel). gecombineerd, upgrades van deze drie componenten zullen wetenschappers de mogelijkheid bieden om gegevens efficiënter en met hogere gegevensverzamelingssnelheden te verzamelen.

"Elke seconde, er zijn enkele miljarden proton-protonbotsingsgebeurtenissen gedetecteerd door ATLAS, maar slechts een paar honderd zijn geregistreerd, " zei Bee. Die gebeurtenissen worden geselecteerd door het triggersysteem, die een schat aan oninteressante gebeurtenissen doorzoekt om gebeurtenissen te vinden die kunnen wijzen op nieuwe fysica of zeldzame standaardmodelgebeurtenissen. "Het data-acquisitiesysteem verplaatst gegevens van de detector via het triggersysteem, en vervolgens worden de geselecteerde gebeurtenissen opgeslagen voor verdere analyse. Upgrades naar dit systeem zullen de mogelijkheid om belangrijke gebeurtenissen te selecteren verbeteren."

Upgrades van de calorimeter-elektronica verhogen de nauwkeurigheid van de gegevens die uit de calorimeterdetector komen. Het nieuwe kleine wiel zal het triggervermogen en de efficiëntie van ATLAS voor gebeurtenissen met muonen drastisch verbeteren, subatomaire deeltjes die bekend staan ​​als de "zware neven" van elektronen.

"In de eerste runs van het experiment, de muon-trigger had een aanzienlijke 'nep'-muonsnelheid, " zei Pleier. "Het was 'OK' om een ​​groot deel van de gebeurtenissen te accepteren die niet interessant waren. Het belangrijkste doel van het nieuwe kleine wiel is om het aantal neptriggers drastisch te verlagen."

12 Amerikaanse universiteiten en DOE's Argonne National Laboratory hebben samengewerkt met Brookhaven Lab en SBU om de U.S. ATLAS Phase I Upgrade op tijd en binnen het budget te voltooien. Dit upgradeproject van $ 44 miljoen werd ondersteund door DOE ($ 33 ​​miljoen) en de National Science Foundation (NSF) ($ 11 miljoen).

"We stellen de steun van zowel DOE als NSF zeer op prijs, waardoor we onze doelen hebben kunnen realiseren door ATLAS voor te bereiden op een mooie toekomst, " zei Bee. "We kijken ernaar uit om te profiteren van de nieuwe wetenschappelijke mogelijkheden die door deze upgrades mogelijk worden gemaakt."