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