欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)的ATLAS实验已经准备好开始新一阶段的新物理学探索工作。这项被称为ATLAS第一阶段升级的重要工作已获得美国能源部(DOE)的关键决策4批准,表明该项目在美国的部分已完成并进入运营阶段。
DOE布鲁克海文国家实验室资深科学家、项目负责人乔Jonathan Kotcher说:“继CERN发现希格斯玻色子,这一里程碑将进一步拓展我们的认知边界。此项目整合了最新的加速器和检测器技术,以探测自然的基本力和粒子,我们为这一升级带来的物理和数据分析能力的提升感到非常兴奋。”
由布鲁克海文实验室和斯托尼布鲁克大学(SBU)牵头的美国ATLAS第一阶段升级是LHC计划大型升级的初期阶段,即高光度大型强子对撞机(HL-LHC)项目,旨在大幅提高大型强子对撞机的光度,使科学家能够从粒子碰撞中收集到10倍以上的数据,观察非常罕见的过程,并发现新的物质构造。但像ATLAS这样的长期实验需要进行初步升级,为LHC过渡到HL-LHC模式之前的未来几年做好准备。
十年来,ATLAS实验一直处于高能粒子物理学探索和发现的前沿,但是以我们对宇宙的理解仍无法解释诸如暗物质、暗能量或反物质/物质不对称性等现象。ATLAS的探测器升级,将使我们能够研究比以往更罕见的过程,从而揭示宇宙如何运作的谜团。
ATLAS第一阶段升级涉及建造现代电子设备,用更高效的元件替代老化元件,提供新的和改进的功能。具体来说,该项目着重于ATLAS的三个组成部分:触发/数据采集系统、液氩量热计和前向μ子探测器。这三个组件的升级可以提高数据收集速率。ATLAS每秒钟探测到数十亿个质子-质子碰撞事件,但记录的只有几百个。触发系统从大量事件中选出这些事件并记录下来,以寻找可能指向新物理学或罕见的标准模型事件。数据采集系统将数据从检测器移至触发系统,然后将选定的事件存储到存储器中,进行更进一步分析。对该系统进行升级将提高选择关键事件的能力。量热仪电子设备的升级将提高数据测量精度。前向μ子探测器将极大地提高ATLAS的触发能力和效率,可应对带有介子、亚原子粒子的事件,降低μ子的假触发率。
美国12所大学、DOE阿贡国家实验室、布鲁克海文实验室和SBU合作,按预算完成了ATLAS第一阶段升级。这个耗资4400万美元的升级项目得到了DOE(3300万美元)和美国国家科学基金会(NSF)(1100万美元)的支持。