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粒子物理学家寻求“新物理学”

2019-05-27

  欧洲核子研究中心欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)每秒产生数亿次质子碰撞。但是,参与大型强子对撞机美容(LHCb)实验的研究人员,其中涉及EPFL的物理学家,只能使用安装在加速器上的一个探测器记录2,000次碰撞。所以最终,这个技术奇迹让物理学家们想要更多。他们相信,大量未捕获的数据可以解决几个尚未解决的问题。

  在基本粒子物理学中,标准模型 - 最能描述该领域现象的理论 - 已经得到了很好的尝试和测试,但研究人员知道这个难题并不完整。这就是为什么他们正在寻找标准模型没有考虑的现象。这种对“新物理学”的追求可以解释大爆炸后反物质的消失和暗物质的性质,虽然它占宇宙的30%左右,但此时只能通过天文测量来探测。

  “为了从LHC数据中提取更多信息,我们需要用于LHCb探测器的新技术,”EPFL高能物理实验室的Aurelio Bay说。EPFL已与多家研究机构合作开发新设备,该设备将在2020年升级实验。

  用闪烁纤维检测颗粒

  经过五年的努力,EPFL的物理学家和大约800名参与LHCb项目的国际研究人员刚刚迈出了重要的初步步骤,以显着增强他们的实验设备。他们决定建造一种新型探测器 - 一种名为SciFi的闪烁光纤跟踪器。

  跟踪器的构造已经开始,其中包含10,000公里的闪烁纤维,每根直径为0.25毫米。当粒子穿过它们时,光纤将发出光信号,这些信号将被光放大二极管拾取。闪烁纤维将被布置在三个面板上,测量为五到六米,安装在磁体后面,颗粒从那里离开LHC加速器碰撞点。粒子将穿过这些光纤中的几个“垫”并沿途沉积部分能量,产生一些光子,然后将其转化为电信号。

  关于粒子如何穿过纤维的数据将足以重建它们的轨迹。然后,物理学家将使用这些信息来恢复其原始的物理状态。“我们基本上要做的是追踪这些粒子的旅程回到他们的起点。这应该让我们对140亿年前发生的事情有所了解,在反物质消失之前,让我们得到今天的事情,”Bay说。

  巨大的数据流量

  SciFi是以最高速度获取数据的关键组件,因为它包含旨在仅保留有用数据的过滤器。在理想的世界中,物理学家将收集和分析所有数据,而无需使用太多的过滤器。但这将涉及大量数据。

  “我们可能已经处于极限,因为我们当然必须在某处保存数据。首先我们使用磁存储,然后我们在LHC GRID上分发数据,其中包括意大利,荷兰,德国,西班牙的机器,欧洲核子研究中心,以及法国和英国。许多国家都参与其中,并且正在对这些数据进行大量研究,“Bay补充说。他指着他的电脑屏幕:红色用于表示效果不佳的程序或者已经尝试好几天的程序被列入优先级。

  Bay巧妙地将这一倡议置于物理学家的视野中:“如果大型强子对撞机没有足够的能量来发现新的物理学,那么对于我这一代的物理学家来说,它已经全部结束了!我们将不得不为下一代提出一台新机器。 “

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