sPHENIX montaj güncellemesi: mıknatıs gösterimi, algılama

ABD Enerji Bakanlığı’nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki fizikçiler, mühendisler ve teknisyenler, önümüzdeki baharda ilk kez çarpışmanın anlık görüntülerini yakalamaya başlayacak olan ev büyüklüğünde bir parçacık detektörü için önemli gelişmelerle yılı tamamladılar.

olarak bilinen modern üç katlı, 1.000 tonluk dedektör Anka kuşu— havadaki çarpışmalardan dışarı akan parçacıkları doğru bir şekilde izleyecektir Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC), nükleer fizik araştırması için bir DOE Office of Science kullanıcı tesisi. Bu, 2000’den 2016’ya kadar RHIC’de veri toplayan PHENIX deneyinin devam eden bir dönüşümüdür. Güncellenmiş, modern sPHENIX, bilim adamlarının kuark-gluon (QGP) plazmalarının – atom altı parçacıklardan oluşan bir çorba – özelliklerini daha iyi anlamalarını sağlayacaktır. proton ve nötronların yapı taşları. Bilim adamları, bu yapı taşlarının dünyamızı oluşturan görünür maddeyi oluşturmak için nasıl etkileşime girdiği hakkında daha fazla bilgi edinmek için bu parçacıkları ölçmek istiyor.

Çekirdek parçacık izleme bileşenlerinin yakın zamanda tamamlanması ve dedektör çekirdeğindeki süper iletken bir elektromıknatısın manyetik alanını haritalama projesi ile sPHENIX ekipleri son kurulumlar için hazırlanıyor.

Brookhaven Lab nükleer fizikçisi ve sPHENIX sözcüsü David Morrison dedi.

Manyetik alanın haritasını çıkaran CERN ekibi

sPHENIX’in merkezi bileşeni, 20 tonluk silindirik bir gövdedir. süper iletken Solenoid mıknatıs. Bir zamanlar Kaliforniya’daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda BaBar adlı bir deneyin en önemli parçasıydı. Ekipler onu ülke genelinde taşıdı 2015Düşük bir alanda test ettim 2016 ve 2018’deki yüksek alan ve dikkatlice Kurulmuş geçen yıl sPHENIX’te.

Mıknatıs, 1.4 Tesla veya manyetik rezonans görüntülemede (MRI) kullanılan bir mıknatısın gücü kadar hassas, tek tip bir manyetik alan oluşturur. Güçlü alan, çekirdekler RHIC’de çarpıştığında oluşan “enkaz” arasında bulunan yüklü parçacıkların yollarını bükecektir.

Yakında mıknatıs silindirinin içine yerleştirilecek olan geri kalan detektörler, bu nükleer çarpışmalardan dışarı akan ve diğer özelliklerin elde edilebileceği parçacıkların konumunu çok hassas bir şekilde ölçecek. Bilim adamları, epsilon adı verilen üç tür “ebeveyn” parçacık arasındaki küçük farkları ayırt etmek için bu ölçümlerin “noktalarını birleştirmeye” çalışırlar. Upsilon verileri, RHIC’de sPHENIX ile yapılan ve QGP’nin sıcak çorbadan sıcağa nasıl geçtiğine dair ipuçlarını ortaya çıkaracak birçok çalışmadan sadece biri. Kuarklar ve gluonlar bildiğimiz kadar önemlidir.

Ancak son izleme bileşenleri kurulmadan önce, sPHENIX ekibi solenoidin manyetik alanını haritalamaya çalıştı.

Brookhaven fizikçisi Kin Yip, “Bir mıknatısın ortasını bir kez doldurduğunuzda, içine bir haritalama makinesi koyamazsınız” dedi.

Avrupa parçacık fiziği laboratuvarı CERN’den bir ekip, hassaslık görevini üstlenmek için Kasım ayında Brookhaven’a geldi.

Yip, “CERN’in dedektör teknolojisi grubu, manyetik haritalamada dünyanın uzmanlarıdır” dedi.

CERN ekibi, CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki ATLAS deneyinin belkemiğini oluşturan mıknatısları haritalamak için daha önce kullandıkları aynı haritalama makinesini kullandı.

İsviçre’nin Cenevre kentinden gönderilen haritalama makinesi, henüz kurulmadıkları için bir mıknatıs silindirinin içine ince çubuklar yerleştirdi. Soğutmalı set Brookhaven’dan Çarpıştırıcı Hızlandırıcı Bölümü Solenoidi soğutmak için sıvı helyum kullanın süper iletken 4,6 derece Kelvin (-451,4 derece Fahrenheit) – bir manyetik alan oluşturmak için gereken sıcaklık. Ekipler makineyi silindirik mıknatısın bir ucundan diğerine iterken, havayla çalışan motorlarla çalışan iki kol manyetik alanı ölçmek için pervaneler gibi dönüyor. (Teknisyenler, haritalama projesi bittikten kısa bir süre sonra nihai EMCal parçalarını kurdular.)

François Garnier, Raphael Dombes ve Brittendra Baumek’in de yer aldığı CERN’deki haritalama grubundan Nicola Pacifico, “Brookhaven Lab’a ve özellikle sPHENIX solenoidinin haritasını çıkarmamız için bizi görevlendirdikleri için sPHENIX’teki insanlara teşekkür ediyoruz” dedi. Kendi başlarına çalışın, kendi zorluklarını sergileyin. Sahada son derece kalifiye bir ekibin desteğinden faydalandık ve bu da haritalamamızı zamanında tamamlamamızı sağladı. sPHENIX ve ekibine fizik programlarında tam bir başarı diliyoruz ve Brookhaven Laboratuvarı’ndaki bir sonraki haritalamaya kadar au revoir! “

sPHENIX bilim adamları, bir RHIC çarpışma simülasyonunu çalıştırmak için solenoidin manyetik alanının hesaplanmış bir haritasını kullanıyorlardı. Yeni çözünürlük metrikleri, açıldıktan sonra karmaşık deneyden elde edilen verilerin kodunu çözme doğruluğunu artıracaktır.

sPHENIX’in ilk günlerinde mıknatıs elde etme sürecini yöneten bir Brookhaven fizikçisi olan John Haggerty, “Genel olarak, deneysel fizikte, daha fazla bilgi daha az bilgiden daha iyidir” dedi. “Yalnızca yaptığımızı sandığımız şeyi hesaplayabiliriz, yanlışlıkla yapmış olabileceğimizi değil. Artık mümkün olan en iyi haritaya sahibiz.”

Brookhaven’a büyük bir alt dedektör geldi

Devasa mıknatıs, sPHENIX’e ülke çapında yolculuk yapan tek büyük dedektör bileşeni değildir. MVTX olarak bilinen piksel tabanlı bir köşe detektörünün parçaları CERN’de yapıldı, ardından Ekim ayında güvenli bir şekilde Brookhaven’a varmadan önce uzman montajı için California Enerji Bakanlığı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’na (LBNL) gönderildi. Dedektör, 3.000 millik bir arazi yolculuğunda ikiye bölündü. Özel süspansiyon sistemine sahip bir kamyon kullanan ekipler, güvenli yol ve hava koşullarını dikkate aldı.

MVTX, RHIC çarpışmalarından çıkan tüm yüklü parçacıkların momentumunu belirlemek için konumu ölçmek üzere birlikte çalışacak üç bileşenden biridir. (Diğer ikisi, Orta Düzey Silikon Sektörü İzleyicisi (INTT, aşağıya bakın) ve Stony Brook Üniversitesi’nde inşa edilmekte olan Zaman Projeksiyon Odasıdır (TPC).

sPHENIX mıknatısının merkezi çekirdeğinde yer alacak olan MVTX, şu soruya çok kesin bir yanıt veriyor: Parçacık tam olarak çarpışmadan mı, hatta bir kıl kadar genişliğin bir kısmından mı geldi? Bu kadar küçük mesafelerdeki farklılıkların büyük bir fark yaratabileceği ortaya çıktı.

Morrison, “Çarpışmalarımızdan binlerce parçacık çıkıyor” dedi. “Bu parçacıkların bazıları parçalanır ve neredeyse anında diğer parçacık türlerine dönüşür – onları belki 50 mikron yapar, yaklaşık bir saç teli kalınlığındadır. MVTX bize parçacıkların nereden geldiğini yaklaşık beş mikronluk bir doğrulukla çok kesin bir şekilde söyler, böylece parçacığın çarpışmanın kendisinde mi yoksa böyle bir bozunmanın ürününde mi ortaya çıktığını biliyoruz.”

MVTX’in ölçümleri gerçekten yapan kısmı kompakttır; yaklaşık bir ayak uzunluğunda, 3,5 inç çapında ve yaklaşık 3 ons ağırlığındadır. Birlikte, MVTX, bir karbon fiber tüpün iki yarısını kaplayan üst üste binen üç silikon sensör katmanından oluşur. Bir uçta tüp, dedektöre güç sağlayan ve onu okuyan birçok kablo ve fiberi barındırmak için bir korna gibi genişler.

sPHENIX proje yöneticisi Edward O’Brien, “Bu birleşik pakette, ‘Bir şey gördüm’ diyebilen öğeler olan 300 milyon kanal var” dedi. Hassasiyeti 20 kattan daha küçük bir alanda yığınlayın.”

Piksel tabanlı dedektörü gelecek yılın başlarında kurmadan önce, sPHENIX mühendisleri ve teknisyenleri, bu hassas bileşenin bir maketini deneyin ışın tüpünün etrafına yerleştirerek pratik yapacaklar. Diğer dedektör bileşenleri kurulduktan sonra cihazı nihai konumuna taşımak için sadece küçük bir boşluk – yaklaşık bir milimetre – olacaktır. Morrison, “Bu, ‘operasyon’ oyununu tersten oynamak gibi bir şey. Son parçayı yerine koyma zamanı geldiğinde, sPHENIX ekibinin hazır olacağını söylüyor.”

Çakışan etkinliklerin süper hızlı takibi

Bu arada ekip, diğer parçacık izleme bileşenlerinde ilerleme kaydediyor.

60 ns tepki süresi—saniyenin 60 milyarda biriINTT, önceki PHENIX dedektöründen üç kat daha hızlı, saniyede 15.000 parçacık çarpışmasının sürekli görüntüsünü yakalamada kilit rol oynayacak.

INTT, MVTX ve TPC’nin yapmadığı uzayda ölçümler yaparak, fizikçilerin parçacığın tüm yörüngesini yeniden oluşturmasına izin verir. Ultra hızlı yanıt süresi, çarpışmalar oluştuğunda çakışan olaylardan gelen yolları ayırt etmesini sağlar.

Alt dedektör, Japonya, Tayvan ve Amerika Birleşik Devletleri’nden teknisyenler, mühendisler, postdoc’lar ve bilim adamlarını içeren uluslararası bir işbirliğiyle Eylül ortasında tamamlandı. RIKEN BNL Araştırma Merkezi (RBRC) ek ABD ve uluslararası katkılarla.

INTT, iyonlaştırıcı radyasyonun saptanmasına dayalı yarı iletken parçacık detektörünü oluşturan üst üste binen dört silikon gofret katmanından oluşur. Katmanlar, 10 fitlik bir silindirin iki yarısında bulunur. Test için iki dedektör yarısını bir araya getirmek ve kısa süre sonra kurmak, birçok hareketli parçayla zor bir işti.

Brookhaven Laboratuvarı’nda nükleer fizikçi, RBRC’de kıdemli misafir bilim adamı, Stony Brook Üniversitesi’nde yardımcı doçent ve INTT dedektör yapısının eş direktörü Rashid Noissir, “Bir 747’ye pilotluk yapmak gibi” dedi.

“Güvenli bir iniş” sağlamak için INTT montaj ekibi, teknisyenler cihazın etrafındaki vidaları ve topuzları sıkarken, her bir yarısını kavrayan ve birbirine sıkıştıran iki “pençeli” bir makine kullandı. Silikon gofretlerde herhangi bir çatlak oluşmasını önlemek için dikkatli olmaları gerekiyordu. Ayrıca, dedektörün açıldığında tüm parçacık sinyallerini alabilmesi için üst üste binen silikon katmanları arasında boşluk olmadığından emin olmaları gerekiyordu.

Noisser, “Fizik her zaman doğruluğa doğru ilerliyor ve dedektör teknolojisinin buna ayak uydurması gerekiyor – dedektörlerin daha hızlı ve daha doğru olmasını istiyoruz” dedi. “Bir INTT dedektörünün tüm kanallarının çalıştığını görmek harika bir başarı. Şimdi onunla fiziği yapmak istiyoruz.”

Stony Brook’ta bir gaz izi detektörü olan TPC’deki çalışmalar ilerledikçe, fizik zamanı hızla yaklaşıyor. Bu dedektör bileşenine yönelik başka bir güncelleme için bizi izlemeye devam edin.

O’Brien, “Dedektör bileşeni oluşturmanın hemen sonuna geldik. Hatalarla işimiz bitti,” dedi. Bir sonraki zorluk, kurulumu önümüzdeki birkaç ay içinde tamamlamak.”

MIT fizikçisi Sphenix’in sözcüsü Gunther Roland, “Gördüğünüz gibi, karmaşık dedektör bileşenlerini inşa etmek ve monte etmek büyük bir uluslararası çabadır” dedi. “Bu çalışma, bu dedektörün vizyonunu ve onu gerçeğe dönüştürecek bilimi oluşturmak için dünyanın dört bir yanından birçok büyük fizikçiyi – 14 ülkeden 80 üniversite ve laboratuvar ve yaklaşık 400 işbirlikçi – bir araya getiriyor.”

RHIC’nin yükseltmesi ve operasyonları, Enerji Bakanlığı’nın (NP) Bilim Ofisi tarafından finanse edilmektedir.

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı’nın Bilim Ofisi tarafından desteklenmektedir. Office of Science, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki fizik bilimlerindeki temel araştırmaların en büyük destekçisidir ve zamanımızın en acil zorluklarından bazılarını ele almak için çalışır. Daha fazla bilgi için lütfen web sitesini ziyaret edin bilim.enerji.gov.

BrookhavenLab’ı Twitter’da takip edin twitter veya bizi bulun Facebook.