На Большом Адронном Коллайдере были произведены столкновения тяжелых ионов на рекордно высоком энергетическом уровне

Posted by admin on 29 ноября, 2022

В пятницу, 18 ноября 2022 года, в недрах Большого Адронного Коллайдера впервые в рамках периода работы Run 3 были проведены столкновения тяжелых ионов. Ядра атомов свинца, содержащие по 208 нуклонов (протонов и нейтронов), были разогнаны так, что суммарная энергия столкновения составила 5.36 ТэВ, и эти столкновения были использованы для калибровки новых и прошедших процедуру модернизации датчиков, систем обработки данных и других узлов коллайдера. Все это будет использоваться для проведения реальных физических экспериментов и исследований кварково-глюонной плазмы в следующем году и во время следующего периода работы, Run 4.

Для обеспечения столкновений ионов на рекордном энергетическом уровне потребовалась глубока модернизация так называемого инжектора ионов, устройства, подающего в определенном порядке ионы свинца в туннель коллайдера для дальнейшего ускорения. Модернизированный инжектор, получая из ускорителя Super Proton Synchrotron (SPS) две отдельных «партии» из четырех пачек ионов, следующих через 100 наносекунд, формирует из них одну «партию» из восьми пачек, следующих через 50 наносекунд.

Такая модернизация позволяет удвоить (до 1248) количество пачек ионов, которые одновременно проходят процесс разгона в туннеле коллайдера. Это, плюс некоторые другие улучшения позволили увеличить в десять раз количество столкновений тяжелых ионов по сравнению с предыдущими периодами работы.

Естественно, такое кардинальное увеличение количества столкновений ионов потребовало глубокой модернизации датчиков эксперимента ALICE. В состав оборудования сейчас уже входит множество абсолютно новых и модернизированных датчиков, но самой большой модернизации подверглась аппаратная и программная часть системы обработки, которая должна справиться с многократно увеличившимся потоком данных.

Новые датчики обеспечивают более высокое пространственное разрешение при реконструкции траекторий разлета вторичных частиц. Более того, модернизированные цепи обработки сигналов и программное обеспечение способны производить запись сигналов в диапазоне, превышающем на два порядка прошлый динамический диапазон.

Так же в исследованиях столкновений тяжелых ионов будет задействовано оборудование эксперимента ATLAS. Система управления этого эксперимента получила новый «спусковой механизм», который синхронизирует функции записи и обработки информации с точным временем начала столкновений. Это, в свою очередь, позволяет регистрировать даже те столкновения, которые происходят на периферии, самых краях рабочего объема датчиков.

Оборудование эксперимента CMS также получило новые компоненты системы считывания информации, «спускового механизма» и других элементов, которые позволят в полной мере воспользоваться увеличением количества столкновений высокоэнергетических ионов.

И в заключении следует отметить, что оборудование инжектора тяжелых ионов, датчиков и систем обработки информации с успехом прошло через «проверку боем» в 2022 году. Все датчики произвели записи данных при столкновениях ионов свинца на рекордной энергии, и, можно сказать, что они полностью готовы к реальным экспериментам, которые начнутся в 2023 году.

Ключевые слова:
Большой, Адронный, Коллайдер, Столкновения, Ион, Свинец, Энергия, Эксперимент, ALICE, ATLAS, CMS