hirdetés
hirdetés

Oroszlánrészt vállaltak magyarok a CERN új detektorának építésében

Budapesten tesztelték éjjel-nappal a GEM-fóliák százait, a Nagy Hadronütköztető ALICE nevű kísérletének új részecskevadász detektorához.

hirdetés

Augusztus közepén lezárult a CERN (a genfi nemzetközi részecskefizikai kutatóközpont) ALICE kísérlet Időprojekciós Kamrájának (Time Projection Chamber – TPC) modernizálása, a több évig tartó folyamatban jelentős szerepet vállaltak magyar kutatók, fizikusok, mérnökök, derül ki a Wigner Fizikai Kutatóközpont híréből. Az 56 méterrel a föld alatt üzemelő ALICE (A Large Ion Collider Experiment) egyike a Higgs-bozont megtaláló Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider – LHC) négy fő kísérletének, az 5 méter átmérőjű, 5 méter hosszú hengeres TPC pedig egy nehézion-nyomkövető detektor, aminek fő célja, hogy a Világegyetem születése utáni pillanatokban keletkezett anyag, a kvark-gluon plazma (Quark-Gluon Plasma – QGP) halmazállapot-tulajdonságait kutassa.

A CERN gyorsító komplexumának második hosszú leállása (Long Shutdown 2 – LS2) alatt először kiemelték a TPC modulját a földalatti csarnokból, majd a felszínen a keretével együtt áttették egy, a feladat végrehajtására épített tisztaszobába. Darukkal, emelőkkel és egy speciális kamionnal volt csak megoldható a biztonságos szállítás. Több mint egy évbe telt a kamrák kicserélése, az elektronikák installálása és a komplex tesztelések végrehajtása (ez utóbbit lézerekkel, kozmikus sugárzással és röntgensugárzással végezték).

2020 júliusában a TPC készen állt arra, hogy visszahelyezzék a föld alá. Ekkor jöhettek ismét a daruk, emelők és a speciális kamion. Ami még hátravan: 2020 végére a teljes TPC-t bekötik az ALICE központi elektromos-, gáz- és vezérlő-rendszerébe. A végső globális kozmikus tesztek után, az LHC gyorsított részecskenyalábjainak felélesztésekor indulhatnak az új mérések.

Elkészült a TPC, fotó: CERN
Elkészült a TPC, fotó: CERN

A modernizálás végeztével a 88 köbméteres ALICE TCP lett a világ legnagyobb térfogatú gázelektron-sokszorozó (Gas Electron Multiplier – GEM) alapú TPC detektora. "A 2015 óta épített, új elvek alapján fejlesztett detektor, az 1995 táján tervezett előző változatot váltotta le az ALICE hatalmas központi elektromágnesében. Ebben a K+F munkában jelentős feladatot vállalt a Wigner Fizikai Kutatóközpont" – mondta Barnaföldi Gergely Gábor, a Magyar ALICE Csoport vezetője.

A kulcs: a GEM-technológia

Az óriásdetektor nem más, mint egy nagy, üreges henger, amit két gáz (argon és szén-dioxid) keveréke tölt meg. A belső üregben van a szilícium lapkákból álló nyomkövető, valamint legbelül a berillium nyalábcső, amiben a részecskeütközések történnek. Amikor az LHC – azaz a fő részecskegyorsító – üzemel, az ALICE ütközési pontjában keletkező relativisztikus töltött részecskék a TPC belsejében ionizálják a gázkeverék atomjait, amelyek azután az erős elektromos tér hatására elrepülnek a kamra hengerének két végében elhelyezett tortaszelet alakú kamrákhoz. A Wigner híre így fogalmazza meg a most befejeződött modernizálás lényegét:

A detektorok a TPC korábbi változatában ún. sokszálas proporcionális kamrákból (Multiwire Proportional Chamber – MWPC) épültek fel, amelyek összesen 72 részből álltak. Az ALICE TPC továbbfejlesztése során most ezeket a „tortaszeleteket” felváltották egy új, az ún. gázelektron-sokszorozó (Gas Electron Multiplier – GEM) technológián alapuló elemek. A GEM technológia fontos eleme a mikrostruktúrás detektorfejlesztésnek, amelyeket a CERN az RD51 együttműködés keretében tökéletesített. Ebben a munkában részt vett a Wigner FK-ban Varga Dezső vezetésével működő Innovatív Gázdetektorok Lendület kutatócsoport is.

A GEM segítségével a kutatók sokkal több adathoz tudnak jutni a detektorból: folyamatossá válik adatkiolvasás, a másodpercenkénti 50 000 ólom-ólom ütközés során keletkező több tízezer részecskepálya szinte mindegyikét rögzíteni lehet az akár 4 TB/s sebességű kiolvasórendszernek köszönhetően.

Budapesten tesztelték a TCP fóliáit

Az elmúlt három évben a CERN műhelyében több mint nyolcszáz (800) GEM-fóliát készítettek el, miközben világszerte folyt az új kamrák és elektronikák elkészítése és tesztelése. A részegységek összeépítése meglehetősen komoly logisztikai feladat volt, amit a CoVid-19 járvány kitörése mellett is képesek voltak sikeresen lezárni. A Magyar ALICE Csoport szerepvállalása igen jelentős volt ebben a projektben, a kutatások és fejlesztések egy része a Wigner Fizikai Kutatóközpontban zajlott.

Tesztelés Csillebércen, fotó: Boldizsár László (Wigner FK)
Tesztelés Csillebércen, fotó: Boldizsár László (Wigner FK)

A Wignerbe hetente érkeztek a GEM fóliák, a magyar kutatók éjjel-nappal dolgoztak a fóliák tesztelésén az intézet speciálisan erre a célra kialakított tiszta helyiségében, több speciálisan kifejlesztett automatikus szkenner segítségével. A 800 fólia mintegy felének minőség-ellenőrzését Csillebércen, a többit Helsinkiben végezték. A tesztelt fóliákat masszív keretre ragasztották, majd ezekből építették össze a 72 új GEM-es kamrát az USA és Európa több intézetében. Ezeket aztán külön-külön is tesztelték a CERN-ben egy nagyenergiás röntgenforrással. Ez utóbbi tesztekben szintén részt vettek a Wigneres kkutatók, valamint segítettek a kamrák hőmérsékleti szenzorainak és az egyéb elektronikáknak az installálásában, kábelezésében, földelésében.

Tesztelés Csillebércen, fotó: Boldizsár László (Wigner FK)
Tesztelés Csillebércen, fotó: Boldizsár László (Wigner FK)

A magyar csoport az összeszerelést követően a helyszíni röntgen és kozmikus tesztekben is részt vett, majd a pandémiás helyzet beálltával itthonról távmunkában végezték a méréseket, és detektorok tesztelését. A Magyar ALICE Csoport TPC-fejlesztésben résztvevő meghatározó tagjai: Barnaföldi Gergely Gábor csoportvezető, Boldizsár László, Futó Endre, Gera Ádám, Hamar Gergő, Varga Dezső, Vargyas Márton.

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés