De experimenten bij de Large Hadron Collider (LHC) vereisen krachtige gebeurtenisselectiesystemen – bekend als ‘triggers’ in de deeltjesfysica – om de gegevensstroom tot beheersbare niveaus te filteren. De triggers kiezen gebeurtenissen met onderscheidende kenmerken, zoals interacties of botsingen van deeltjes die zijn vastgelegd in deeltjesdetectoren, en maken deze beschikbaar voor natuurkundige analyses. In slechts enkele seconden kan het complexe systeem bepalen of de informatie over een bepaalde botsingsgebeurtenis de moeite waard is om te bewaren of niet.

De ATLAS- en CMS-experimenten gebruiken triggers op twee niveaus. De eerste trigger loopt synchroon met de snelheid waarmee de deeltjesbundels in de detectoren botsen en beslist in minder dan 10 microseconden welke gegevens moeten worden bewaard. Gebeurtenissen die de trigger van het eerste niveau passeren, gaan naar de tweede trigger van hoog niveau voor verdere selectie. De geselecteerde gebeurtenissen worden vervolgens naar het CERN Data Center gestuurd, waar de gegevens worden gekopieerd, opgeslagen en uiteindelijk beschikbaar worden gesteld aan wetenschappers over de hele wereld voor data-analyse.

Ter voorbereiding op de High-Luminosity LHC (HL-LHC) worden de ATLAS- en CMS-detectoren geüpgraded met een fijnere ruimtelijke en timinggranulariteit, wat zal resulteren in meer gegevens voor elke botsing. Het principe is hetzelfde als het maken van een foto met een camera met meer pixels:het resulterende bestand zal groter zijn omdat de afbeelding meer details bevat, en de foto zal van hogere kwaliteit zijn. Om zich voor te bereiden op de datavloed die wordt verwacht wanneer de LHC het tijdperk van hoge helderheid betreedt, moeten wetenschappers nieuwe strategieën ontwikkelen voor meer geavanceerde verwerking en selectie van gebeurtenissen.

Het belangrijkste doel van het vijfjarige Next-Generation Triggers (NextGen)-project is om meer natuurkundige informatie uit de HL-LHC-gegevens te halen. De hoop is om tot nu toe ongeziene verschijnselen bloot te leggen door op efficiëntere wijze interessante natuurkundige gebeurtenissen te selecteren en achtergrondgeluiden te verwerpen. Wetenschappers zullen gebruik maken van neurale netwerkoptimalisatie, kwantum-geïnspireerde algoritmen, high-performance computing en field-programmable gate array (FPGA) technieken om de theoretische modellering te verbeteren en hun tools te optimaliseren in de zoektocht naar ultra-zeldzame gebeurtenissen.

De basis voor het NextGen-project werd in 2022 gelegd toen een groep particuliere donoren, waaronder voormalig Google-CEO Eric Schmidt, CERN bezocht. Dit eerste inspirerende bezoek groeide uiteindelijk uit tot een overeenkomst met het Eric en Wendy Schmidt Fonds voor Strategische Innovatie, goedgekeurd door de CERN-raad in oktober 2023, om een ​​project te financieren dat de weg zou vrijmaken voor de toekomstige triggersystemen bij de HL-LHC en daarbuiten. :NextGen was geboren.

NextGen gaat samenwerken met experts uit de academische wereld en de industrie. Het werk bouwt voort op de principes van open wetenschap en kennisdeling die zijn ingebed in het institutionele bestuur en de modus operandi van CERN. Het project omvat een werkpakket gewijd aan educatie en outreach, een uniek multidisciplinair trainingsprogramma voor NextGen-onderzoekers en gerichte evenementen en conferenties voor de bredere gemeenschap van wetenschappers die geïnteresseerd zijn in het veld. Het intellectuele eigendom dat is gegenereerd als onderdeel van het NextGen Triggers-project, eigendom van CERN, zal worden vrijgegeven en gedeeld onder open licenties in overeenstemming met het CERN Open Science Policy.

Het NextGen Triggers-project markeert een nieuw hoofdstuk in de hoge-energiefysica, waarbij gebruik wordt gemaakt van verbeterde gebeurtenisselectiesystemen en gegevensverwerkingstechnieken om een ​​rijk aan ontdekkingen te ontsluiten.

Geleverd door CERN