Projekti / Programi
Diamantni detektor za luminoznost v spektrometru ATLAS
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.06 |
Naravoslovje |
Fizika |
Eksperimentalna fizika osnovnih delcev |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P210 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizika osnovnih delcev, kvantna teorija polja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Eksperimentalna fizika delcev, Veliki hadronski trkalnik, nadgradnja detektorja ATLAS, detektorji sledi, diamantni detektorji,blaziničasti detektorji, sevalne poškodbe, sprotna meritev luminoznosti, meritev področja interakcij
Raziskovalci (13)
Organizacije (2)
Povzetek
Raziskave v fiziki delcev v naslednjem desetletju bodo usmerjene proti dvem mejam: najvišjim energijam v Velikem hadronskem trkalniku (LHC) in precizijskim meritvam v tovarnah mezonov B. Cilj teh komplementarnih metod je isti: odkriti pojave izven Standardnega modela. Za doseganje tega cilja v trkalniku je odločilna še za faktor 10 večja pogostost trkov protonov v nadgradnji LHC (HL-LHC).
Povečana pogostost trkov postavlja pred detekcijske sisteme zahteve, ki jim detektorji sedanje generacije ne zadoščajo. Pri HL-LHC je glavna težava desetkrat večje število nastalih delcev in ustrezno večja sevalna obremenitev. Predlagani projekt nudi podporo načrtovanim nadgradnjam notranjih plasti detektorja sledi v eksperimentu ATLAS, pa tudi generičnim raziskavam detektorjev sledi s sintetičnim diamantom kot senzorjem.
Osrednji cilj projekta je izdelava in vgradnja 24 detektorskih modulov z blaziničastmi diamantnimi detektorji v sklopu projekta za vgradno notranjo plast pixel detektorja (IBL - Insertable B-Layer), ki bo v ATLAS vgrajen ob usposobitvi LHC za nominalno energijo leta 2013. 24 modulov, porazdeljenih v 8 teleskopov po tri detektorje, bo vgrajenih v smeri naprej in bodo namenjeni sprotni meritvi luminoznosti parov protonskih gruč in spremljanju položaja področja interakcij (DBM - Diamond Beam Monitor). Posamični detektorski modul vsebuje polikristalinični diamantni senzor aktivne površine 17.8 mm x 20 mm razdeljen na blazinice dimenzije 50 um x 250 um. Signale iz 26880 blazinic beremo z integriranim vezjem FE-I4 in ga preko optične povezave preberemo vzporedno v dva bralna sistema. Prvi je prožen neodvisno, tako da naključno vzorči vseh 3564 časovnih oken po 25 ns v orbiti, drugi pa se odzove na L1 prožilni signal detektorja ATLAS.
Gradnja in obratovanje DBM bo pomemben korak proti končnemu cilju: gradnji ene ali dveh notranjih plasti detektorja sledi ob zamenjavi celotnega notranjega detektorja okoli leta 2020. Želja je omejiti debelino detekcijske plasti pod 1 % radiacijske dolžine. Diamant je obetaven senzorski material v te namene zaradi nizkega vrstnega števila, sevalne odpornosti, zanemarljivega mrtvega toka in izjemno dobre toplotne prevodnosti. Sam senzor lahko obratuje pri poljubni temperaturi in ne zahteva hlajenja, kar močno poenostavi konstrukcijo.
Raziskave bodo potekale v okviru projektov ATLAS IBL, projektu nadgradnje ATLAS s diamantnimi detektorji ter CERNovega R&R projekta RD-42.
Pomen za razvoj znanosti
Eksperiment ATLAS, katerega nadgradnjo podpira predlagani projekt, predstavljata vrhunsko znanstveno ustvarjanje na meji znanstvenih in tehnoloških zmožnosti celotnega človeštva. Raziskave na njem so preizkušane ter odobrene v recenzijah programskih svetov mednarodnega središča, v katerem se izvajajo. Namenjene so preverjanju dogajanja v svetu osnovnih gradnikov narave in interakcij med njimi. Uporabljajo pospeševalnike najvišjih energij in pogostosti trkov, kar jim omogoča razširiti meje spoznanj o Naravi. Visoke gostote energije nas vodijo v svet, kot je obstajal takoj po Velikem poku in s tem pripomorejo k razumevanju nastanka Vesolja. Detektorski projekt je vezan na mednarodno R&R kolaboracijo RD-42, katerih delovanje in dosežki so pod nadzorom programskega sveta LHCC v CERNu. To velja tudi za projekte nadgradenj detektorjev, ki so podvrženi stalnemu notranjemu nadzoru v kolaboraciji in pa nadzoru agencij, ki projekte financirajo. Rezultati predlaganega projekta so prinesli napredek in nove rešitve v ciljnih detektorskih tehnikah. Predvsem pa omogočajo nadgradnjo eksperimentov in uspešne meritve pri velikih luminoznostih izpopolnjenjih trkalnikov ter s tem možnost detekcije in izvrednotenja pojavov Nove fizike. Procesi Nove fizike, če obstajajo, bodo nedvomno predstavljali veliko spremembo v razumevanju sestave sveta. Če za primer vzamemo supersimetrične razširitve SM, temelječe na teoriji strun, si lahko predstavljamo, da bi vplivale na dojemanje narave podobno, kot je vplivala teorija relativnosti z vpeljavo četrte, časovne dimenzije, kot enakovredne trem prostorskim. Teorije namreč predvidevajo deset namesto treh prostorskih koordinat, dodatne dimenzije pa se ne raztezajo v neskončnost kot že poznane, pač pa so skrčene in mnogo velikostnih redov manjše od dimenzij težkih delcev sestavljenih iz kvarkov. Na trkalniku HL-LHC bo po predvidevanjih mogoče neposredno pridobiti signale za obstoj delcev, ki jih napoveduje Nova fizika, če pa bodo odkriti na LHC, pa natančneje določiti njihove lastnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Čeprav gre pri predlaganem projektu za čiste osnovne raziskave, ima preko naročil industriji projekt lahko precejšen vpliv na gospodarstvo. Vrednost projekta IBL je znašala 7 milijonov EUR, celotne nadgradnje detektorja sledi za HL-LHC pa okoli 150 milijonov EUR, pri čemer ni vključen strošek dela sodelujočih raziskovalcev. Večina tega zneska bo porabljena preko naročil industriji. Tu ima slovenska visokotehnološka industrija, predvsem tisti njen del, ki bo sodeloval v fazi prototipov, priložnost za neposredni zaslužek. Hkrati lahko osvojitev novih tehnologij odpre nove razvojne možnosti, prodaja eksperimentom v CERNu pa je izvrstna referenca, ki odpira vrata na druge zahtevne trge. Diamantni detektorji, ki jih bomo raziskovali v okviru projekta, imajo številne uporabe na drugih področjih. Primerni so za in-vivo dozimetrijo in kot detektorji sevanja v jedrskih centralah, kjer zaradi visokih temperatur drugi detektorji odpovedo. Na njihovi osnovi bi bo napredku kontrole nad primesmi lahko delovala tudi elektronska vezja, primerna za uporabo pri visokih temperaturah.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
zaključno poročilo
