12.6.2020 The Fast Interaction Trigger for the ALICE Upgrade (Slupecki)

Suurten hiukkasilmaisimien suunnittelussa ja rakentamisessa vaaditaan tiukat tarkkuus- ja luotettavuusvaatimukset, ja se on monimutkainen ja monikerroksinen prosessi. Maciej Slupeckin väitöskirjatyö käsittelee FIT-ilmaisimen (Fast Interaction Trigger) kehitystyötä ja sillä tehtävää tutkimusta. FIT-ilmaisin on nyt viimeistelyvaiheessa ja se on yksi osa Cernin LHC-törmäyttimen ALICE-kokeen parannuksista, joka on tarkoitus ottaa käyttöön vuonna 2021.
Julkaistu
12.6.2020

Yksi hiukkasfysiikan tärkeimmistä tutkimuskohteista liittyy tunnetun aineen pienimpiin rakenteisiin, kvarkkeihin ja niiden välisiin vuorovaikutuksiin. Samalla tavoin kuin vesi lämmetessään muuttuu nesteestä kaasumaiseen olomuotoon myös kvarkkien käyttäytyminen muuttuu lämpötilan ja paineen muuttuessa. Kahden biljoonan asteen (2x1012 ) lämpötilassa tavallinen aine sulaa ja muuttuu uudeksi olomuodoksi, jota sanotaan kvarkki-gluoni -plasmaksi.

Cernin ALICE-kokeen tärkeimpiä kohteita on tämän eksoottisen olomuodon muutoksen ja sen ominaisuuksien tutkiminen.

Äärimmäisten lämpötilojen saavuttamiseen tarvitaan Cernin LHC-törmäytin (Large Hadron Collider), joka kiihdyttää ja törmäyttää atomien ytimet suurella nopeudella toisiaan vasten.

"Pystymme tuottamaan ainoastaan hyvin pienen määrän kvarkki-gluoni -plasmaa. Se on hyvin lyhytikäistä, jäähtyy nopeasti ja muuttuu takaisin tavalliseksi aineeksi. Tämä ilmenee erilaisina hiukkasina, jotka lentävät ulos törmäysalueelta ja jotka havaitaan ALICE-kokeen ilmaisimissa. Tutkimalla näitä plasmassa syntyneitä hiukkasia yritämme ymmärtää plasman ominaisuuksia", sanoo Maciej Slupecki.

Cernin ALICE-kokeessa käytetään monenlaisia ilmaisimia. Yksi niistä on FIT (Fast Interaction Trigger), jonka tehtävänä on antaa muille ilmaisimille tarkka signaali törmäyksen ajankohdasta ja tyypistä.

"Odotamme ALICE-kokeessa tapahtuvan maksimissaan muutama miljoona törmäystä sekunnissa LHC:n normaalin toiminnan aikana. FIT-ilmaisimen antama informaatio törmäyksen laadusta ratkaisee, talletetaanko ja analysoidaanko kyseinen hiukkastörmäys. Lisäksi FIT-ilmaisinta käytetään hiukkassuihkun optimointiin", Slupecki kertoo.

Tutkimus- ja kehitystyö on ollut haastavaa ilmaisimen vaativan toimintaympäristön ja luotettavuusvaatimuksien vuoksi.

"Olemme rakentaneet ja testanneet useita prototyyppejä, jotka perustuvat kahteen erilaiseen teknologiaan: Cherenkov- ja tuikeilmaisimet. Testien tulokset asteittain paransivat ilmaisinsuunnittelua. Samalla varmistimme tietokonemallinnuksien avulla, kuinka ilmaisimien suorituskyky muuttuu suunnitelmien parantuessa. Kaiken kaikkiaan tutkimustyö oli hyvin monipuolista. Suurin osa työstä oli simulointeihin ja data analyysiin liittyvää ohjelmointia, elektroniikalla, optiikalla ja mekaniikalla lisättynä", lisää Maciej Slupecki.

Tutkimus julkaistaan Jyväskylän yliopiston väitöskirjasarjassa (numero 235), ISBN 978-951-39-8186-0 (PDF), URN:ISBN:978-951-39-8186-0, ISSN 2489-9003.
Linkki julkaisuun:

M.Sc. Maciej Slupeckin fysiikan väitöskirjan "The Fast Interaction Trigger for the ALICE Upgrade" tarkastustilaisuus on perjantaina 12.6.2020 Jyväskylän yliopistossa alkaen kello 12. Vastaväittäjänä on professori Agnieszka Zalewska (Polish Academy of Sciences) ja kustoksena on dosentti Wladyslaw Trzaska Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Yleisö voi seurata väitöstä verkkovälitteisesti, linkki Zoom-webinaariin ((suositellaan Zoom-sovellusta tai Google Chrome selainta): 
Salasana: 643066