14:47 2023-02-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Proiectul prototipului de detectoare de particule depășește un reper
_ Proiectul prototipului de detectoare de particule depășește un reper
Fizicienii de la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh sunt cu un pas mai aproape de construirea de noi detectoare de particule pentru experimentul Compact Muon Solenoid (CMS) la Large Hadron Collider (LHC) al CERN.
O echipă condusă de de John Alison, profesor asistent în fizică, și Manfred Paulini, profesor de fizică și decan asociat al Colegiului de Științe Mellon pentru afacerile facultăților și absolvenților, a construit și testat cu succes prototipuri pentru Calorimetrul de înaltă granularitate (HGC), o actualizare la detectorul CMS curent. Pe de o parte, construirea de prototipuri funcționale este o piatră de hotar majoră de câțiva ani. Pe de altă parte, piatra de hotar este primul pas într-un proiect de producție care va avea loc în următorii trei ani.
„CMS poate fi gândit ca o cameră 3D mare care înregistrează produsele protonului. -coliziuni de protoni furnizate de LHC”, a spus Alison. „De exemplu, imaginile colectate de la detector au fost folosite pentru a descoperi bosonul Higgs în 2012.”
De la descoperirea bosonului Higgs, un accent major al fizicii particulelor a fost studiul proprietăților Bosonul Higgs în detaliu și căutarea unor noi particule neprevăzute de modelul standard al fizicii particulelor. Compararea măsurătorilor cu predicțiile va permite testarea noilor teorii, dar sunt necesare mai multe date.
LHC are un program de 15 ani pentru a crește numărul total de coliziuni de protoni cu un factor de 20. Acest program necesită colectarea mai multe date mai rapid și are un cost semnificativ: radiații crescute. Pe lângă producerea de noi stări exotice ale materiei, cum ar fi bosonul Higgs, ciocnirile de protoni LHC produc cantități mari de radiații ionizante. Această radiație este similară cu cea produsă de un reactor nuclear și dăunează oamenilor și instrumentarului care alcătuiește detectorul.
Construit cu aproape 20 de ani în urmă, actualul detector CMS nu a fost conceput pentru a gestiona cantitatea de daune cauzate de radiații anticipate în timpul viitoarelor rulări LHC. Sunt necesare detectoare noi, modernizate, atât pentru a îmbunătăți calitatea imaginilor înregistrate, cât și pentru a face față mediului de radiații mai provocator. Aici intervine actualizarea calorimetrului de înaltă granularitate.
HGC va înlocui detectoarele CMS actuale în regiunile care se confruntă cu cele mai multe radiații. Un calorimetru de imagistică de ultimă generație, HGC va crește semnificativ precizia cu care sunt fotografiate coliziunile LHC. Numărul de măsurători individuale pe imagine va crește de la aproximativ 20.000 în detectoarele actuale la aproximativ 6 milioane în HGC. Măsurătorile particulelor individuale vor merge de la câteva numere pe care detectorul actual le oferă la un film 3D de înaltă rezoluție despre modul în care particulele interacționează atunci când traversează detectorul.
HGC va fi construit în următoarele cinci ani, iar Carnegie Mellon joacă un rol principal în construcția sa. HGC va fi compus din 30.000 de module hexagonale de 20 de centimetri. Modulele - în esență camere digitale tolerante la radiații - vor fi placate pentru a forma roți de câțiva metri în diametru. Roțile vor fi apoi stivuite pentru a forma detectorul 3D complet. În total, HGC va necesita 600 de metri pătrați de senzori activi de siliciu.
Alison, Paulini și Valentina Dutta, un nou profesor asistent în fizică, vor construi și testa 5.000 dintre aceste module în laboratorul Wean Hall cu ajutorul inginerilor, tehnicienilor și studenților. Modulele rămase vor fi produse de colaboratorii CMS de la UC Santa Barbara și Texas Tech University din SUA și de grupuri din China, India și Taiwan. Fiecare modul constă dintr-un senzor de siliciu atașat la electronica de citire a carcasei unei plăci de circuit imprimat și la o placă de bază, care oferă stabilitate generală.
Constructia modulelor se va realiza cu o serie de roboti automatizati care folosesc algoritmi de recunoastere a modelelor pentru asamblare si apoi se stabilesc cele aproximativ 500 de conexiuni electrice necesare per modul. După o serie de teste la CMU, modulele sunt montate pe roți la Fermilab—un laborator de fizică a particulelor din afara Chicago—și apoi trimise la CERN din Elveția pentru instalare în detectorul CMS.
Producția primului detector. modulele de lucru din această toamnă a făcut parte dintr-un exercițiu de calificare în care diferitele centre de asamblare au demonstrat că sunt pregătite și capabile să construiască modulele de înaltă calitate necesare HGC.
Grupul CMU a creat o cameră curată de clasa 1.000. la etajul opt al Wean Hall, extinderea unui spațiu existent folosit de grupul de fizică de energie medie. Ei au instalat și pus în funcțiune un robot portal de 8.000 de lire sterline pentru a atașa diferitele straturi de module și un liant automatizat de sârmă pentru a realiza conexiunile electrice în module. Modulele prototip au permis grupului să-și testeze procedurile de asamblare automată și să exercite întregul lanț de producție.
„Este grozav să vedem grupul nostru atingând această etapă de calificare”, a spus Paulini. „Lucream cu sârguință de câțiva ani pentru a aduce acest proiect la CMU, deoarece oferă, de asemenea, oportunități pentru absolvenți și mai ales studenți de licență de a obține experiență practică în instrumentare lucrând în laboratorul nostru în timpul semestrului sau pentru cercetări de vară.”
Producerea unui număr mic de module conform specificațiilor este doar începutul. În timpul producției de module la scară largă, începând cu 2024, CMU va produce 12 module pe zi până la începutul lui 2026. O provocare majoră în creșterea producției va fi recrutarea și integrarea talentelor locale.
„Pentru a satisface nevoile de producție, avem pentru a crește grupul prin angajarea a încă patru tehnicieni și ingineri cu normă întreagă care vor lucra pe linia de producție zilnică”, a declarat Jessica Parshook, inginer principal pentru echipa de proiect a Carnegie Mellon.
Dezvoltarea și implementarea procedurilor de testare fiabile. pentru controlul calității este o altă provocare majoră în viitor. Conducta de producție necesită câteva zile pentru a construi fiecare modul. Prinderea și remedierea rapidă a oricăror defecte în producție va fi critică. Burserii postdoctorali și studenții absolvenți vor crea majoritatea procedurilor de asamblare și control al calității care vor oferi oportunități unui număr semnificativ de studenți ai CMU de a obține experiență practică în testarea detectoarelor moderne de fizică a particulelor.
„Eforturile noastre aici ar putea conduce la următoarea mare descoperire în fizică și asta mă entuziasmează”, a spus Sindhu Murthy, doctorand în fizică. „În aceste etape incipiente ale instalării producției, pot vedea diferitele aspecte ale unui proiect de inginerie de această amploare. Este o experiență grozavă și un privilegiu să contribui la această actualizare. Mă gândesc mereu la cum putem optimiza asamblarea modulelor. astfel încât totul să decurgă conform planificării.”
Alison, Dutta și Paulini au spus că progresele recente în procesarea imaginilor din învățarea automată vor fi cruciale pentru asigurarea controlului calității în timpul producției.
„Această lucrare. , o combinație de informatică, învățare automată și robotică, se potrivește perfect pentru CMU și intenționăm să folosim resurse din întreaga universitate”, a spus Alison.
Comentarii:
Adauga Comentariu