Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
Fundamental fysik bloghoved

Vi skruer op for atom-smadreren

Alt man taler om på CERN og omegn disse dage, er den forestående opgradering af LHC til den såkaldte HL-LHC: High Luminosity LHC, der vil være færdig i 2026. High Luminosity betyder en opgradering af mængden af protoner der kollideres per sekund. Man går fra at kunne kollidere omkring en milliard protoner i sekundet til omkring 5-7 gange mere. Forberedelserne har naturligvis været i gang i noget tid. Man har designet den nye infrastruktur, og vi har diskuteret hvilken type fysik man så skal forsøge at måle efter. Men nu er maskinerne gået i gang med at grave!

Illustration: Julien Ordan / CERN

På billedet ser man hvordan entreprenørarbejdet er gået i gang ved to af de fire steder hvor protoner og tunge kerne kollideres, nemlig ved eksperimenterne CMS og ATLAS. En central del af opgraderingen er nemlig at eksperimenterne også skal opgraderes når man skruer op for mængden af kollisioner.

Lad os starte med ”hvorfor”. Det svar er relativt ligetil – når man skruer op for mængden af kollisioner, skruer man også op for mængden af sjældne processer, som ofte er dem vi er mest interesserede i. I 2012 blev opdagelsen af Higgs-partiklen offentliggjort, i dag har vi ret godt styr på dens masse og dens mest almindelige henfald. Men hvis vi for alvor vil vide alt, skal vi kende dens vekselvirkning med alle partikler med masse (de såkaldte Yukawa-koblinger). Og for at kunne det har vi brug for at producere Higgs-partikler. Mange Higgs-partikler. I 2011 og 2012 kunne LHC producere i omegnen af 1 million Higgser om året, og man håber at opgraderingen betyder at man alt i alt vil kunne få en faktor 10 flere om året.

På figuren nedenfor (taget fra et forberdende møde sidste år), kan man på den højre akse se det store mål. Det totale antal kollisioner produceret af LHC, som funktion af års køretid. Enheden antallet af kollisioner måles i er lidt besværlig, nemlig inverse femtobarn. Én invers femtobarn svarer cirka til 1000 milliarder (10^12) kollisioner.

Illustration: L. Rossi / HL-LHC workshop

Spørgsmålet om ”hvordan” er ikke så ligetil. Alle eksperimenterne skal gennem opgraderinger for at kunne klare de mange kollisioner – og det man kalder opgraderinger er i flere tilfælde næsten en total udskiftning af eksperimentet. Her skal man naturligvis huske at eksperimenterne i forvejen er blevet slidt, og flere dele ville alligevel skulle udskiftes.

En enkelt del får ret stor opmærksomhed, nemlig spørgsmålet om ”pileup”. Forestil dig eksperimenterne som store, præcise kameraer, der tager billeder af kollisionerne. Et kamera har en vis lukketid, og når man kolliderer en masse protoner lige efter hinanden, kommer der mere en én kollision per billede. Dette er ikke noget nyt, også ved tidligere eksperimenter som Tevatron, havde man et par kollisioner per billede. Ved LHC har man haft omkring 20. På billedet nedenfor kan man se et event optaget af CMS-eksperimentet, med 78 kollisioner et ”billede”. Alle disse 78 kollisioner udsender spor, og opgaven er nu at trække sporene ud alene fra den kollision man er interesseret i, og lade resten ligge.

Illustration: A. Holzner / CMS

Dette er en opgave der løses med software efter kollisionerne er optaget. Opgaven forventes at stige enormt i kompleksitet, da der efter opgraderingen kommer til at være adskillige hundrede kollisioner per billede.

Mit eget ydmyge bidrag til denne proces handler om hvordan vi kan lære mere om hvordan protoner ser ud ved at fokusere på kollisioner hvor der produceres rigtig mange partikler per sammenstød. Det vil jeg fortælle mere om i et kommende indlæg.

Emner : Fysik
Christian Bierlich er teoretisk partikelfysiker og er i gang med en ph.d. ved Lund Universitet. Han skriver om stort og småt fra fysikkens verden.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det overjordiske spadestik (billedet) står i skærende kontrast til den underjordiske high-tech!

Er der en svaghed ved tydningen/afkodningen af kollisioner vha. ”billed-software”, idet softwaren forlods og ubevidst er kodet til at trække i retning af det teoretisk forventede?

(Ved detektion og ekstraktion af de ekstrem svage gravitationsbølger fra baggrundsstøjen benyttes så vidt jeg ved ”filtre”, der er modelleret efter de teoretiske modeller for bølgernes opståen. Det giver jo alt andet lige en bias mod det forventede).

Det er som altid en fornøjelset at læse din blog. Ser frem til din næste beretning fra ”det underjordiske”.

  • 3
  • 1

Hej Henrik,

Godt spørgsmål!

Det er i høj grad en effekt, og også noget man tænker på.

Man kalder den type filtre for "triggers". Man trigger på begivenheder man tror har interessante processer simpelthen fordi man ikke kan gemme alt. Hvis man skulle måtte man læse petabytes ud hvert sekund. Det kan naturligvis være tilfældet at ens trigger ikke vælger ny fysik, for det ved man i sagens natur ikke hvad er. Derfor prøver man også med flere bredspektrede triggers, som man kan lede mere frit i.

  • 2
  • 0

Jeg kan forstå at anlæget er opgraderet i 2026.
Der er vel en periode hvor det igen er ude af drift, hvornår er det planlagt til.

  • 0
  • 0

De grå områder på den midterste figur LS1, 2, 3 osv. står for Long Shutdown. Der er acceleratoren og eksperimenterne lukket ned og opgraderes.

  • 0
  • 0

Hej Claus,

Det bruger man i meget stort omfang, til begge dele faktisk. Det har bestemt både sine fordele og ulemper - en dag ved lejlighed vil jeg prøve at skrive lidt om det, man kan nok godt regne mig for kritisk indstillet, når det kommer til decideret analyse.

Hvis du vil kigge dig om efter materiale, plejer højenergifysikere ikke at kalde det kunstig intelligens, men snarere machine learning.

  • 0
  • 0

Efterhånden som acceleratorer er gigantiske tænker jeg om det er muligt at benytte den kosmiske stråling til forsøg i stedet for at vi skal accelere op? Mener at have set ved LHC at de også benytter dette til tider. Ville man kunne få højere energier end vi kan accelerer op til her på jorden?

  • 0
  • 0

Hej Søren,
Nej, desværre kan kosmisk stråling ikke bruges til selve kollisionerne, da chancen for at de lige netop skulle kollidere med hinanden midt i detektoren er forsvindende lille.
derimod bruger man kosmisk stråling til at teste detektoren og især til at tjekke alignment af de forskellige dele i forhold til hinanden.
Kosmisk stråling er nemlig meget højenergetisk og vil derfor lave lige tracks igennem detektoren. Hvis udlæsningen af detektoren så giver en track, der hopper lidt rundt, så er det tegn på at dele af detektoren ikke er alignet særligt godt. Det kan man så korrigere for i detektor softwaren og dermed får man mere præcise track når der er kollisioner.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten