Artikkel

Forbereder hjertetransplantasjon i verdens største maskin

Indre detektor i Atlas skiftes ut
Innerste del av detektoren i ATLAS-eksperimentet skiftes ut etter oppgradering i 2013.

Forbereder hjertetransplantasjon i verdens største maskin

CERNs største partikkelakselerator, LHC, setter opp dampen. For å kunne henge med, må også eksperimentene oppgraderes. Det aller største av dem, Atlas-detektoren, skal få splitter nytt hjerte, og den mest utfordrende delen av det utvikles i Norge.

For å forstå hvordan verden fungerer på de minste skalaer og mest grunnleggende måter, bruker forskerne partikkelakseleratoren LHC til å gjenskape energitettheter som fantes en brøkdel av et øyeblikk, 10-12 sekund, etter big bang. For å få til det, to motgående stråler av protoner i 99,9999991 prosent av lyshastigheten sammen i kollisjoner i hjertet av detektorer, som registrerer hva som skjer i kollisjonene. 

alex read
Antall partikkelkollisjoner skal økes kraftig, forteller Alex Read. Foto: Gunhild M. Haugnes/UiO Bruk bildet.

Atlas heter den største av detektorene. Den er halvparten så stor som Notre Dame og veier like mye som Eiffeltårnet. Atlas fungerer som et avansert digitalkamera som tar bilder på 100 megapiksler opp mot én milliard ganger i sekundet.

Den innerste delen av Atlas-detektoren, nærmest kollisjonene, skal skiftes ut med helt ny teknologi. Ca. en tredjedel av laget som er aller nærmest kollisjonspunktet, utvikles og leveres fra Norge.

Forskningseksperimentene stiller ekstreme krav til detektorene: De må ha høy presisjon, reagere raskt og tåle mye stråling. Laget som Norge bidrar med, må tåle aller mest.

– Fra 2025 øker LHC antall partikkelkollisjoner fem til ti ganger, forteller Alex Read, som er prosjektleder for de norske oppgraderingene av LHC-eksperimentene.

Det stiller nye krav til detektorene, elektronikken og datalagring og -behandling.

3D-kamera

Atlas-eksperimentet skal fornyes med 3D silisium-detektorer nærmest kollisjonspunktet.

Ole Myren Røhne og Ole Dorholt på renrom.
Ole Myren Røhne og Ole Dorholt med en av robotene som skal brukes blant annet i produksjon av detektorer til Atlas. Foto: Hilde Lynnebakken /UiO

Detektorene kan sammenliknes med en kamerabrikke. Vanligvis er de plane, det vil si at de registrerer at de blir truffet av partikler i et plan. 

Til de nye detektorene som utvikles til Atlas, bores det hull i silisiumet. Hullene fylles med elektroder, og dermed har vi en 3D-struktur.

– Fordelen med denne teknologien at den tåler stråling bedre og vil reagere hurtigere, forklarer Read.

Industri-interesse

Heidi Sandaker
Heidi Sandaker forteller at flere industribedrifter har vist interesse for teknologien. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

Han får støtte fra kollega Heidi Sandaker, som er forskningsleder ved Fysisk institutt.

– 3D-detektorer er spennende ny teknologi, som også kan brukes i rommet og i medisinsk teknologi etterhvert, sier hun.

Prosjektet innebærer også en opprustning av laboratorier.

– Vi får bedre muligheter til å lage framtidens detektorer. Flere industribedrifter har vist interesse for den nye teknologien, legger Sandaker til.

Superusannsynlige prosesser

LHC produserer allerede én milliard kollisjoner i sekundet, så hvorfor er det nødvendig med enda mer data?

– Det er fordi vi skal studere prosesser som er superusannsynlige, sier Read. 

Ta Higgspartikkelen, eller Higgsbosonet – Reads spesialfelt, som eksempel. 

Partikkelen har veldig kort levetid og omdannes raskt til andre partikler, som for eksempel et par fotoner. Nettopp målingen av Higgs som blir til to fotoner var den viktigste da Higgspartikkelen ble oppdaget i 2012.

Oppgradering av LHC

Fram mot 2025 øker LHC ytelsen med en faktor 10 sammenliknet med hvordan maskinen opprinnelig ble designet.

Ytelsen måles i luminositet, et mål som er proporsjonalt med antall partikkelkollisjoner. Prosjektet heter derfor High-Luminosity LHC.

De fire eksperimentene langs akselerator-ringen står også overfor store oppgraderinger for å klare å håndtere økte kollisjonsrater.

Prosjektet NorLHC, med budsjett på 85 millioner, er finansiert av Infrastruktur-programmet i Norges forskningsråd og er Norges bidrag til oppgradering av de to eksperimentene Atlas og Alice. Prosjektet inkluderer også utvikling av datasystemer.

Til Atlas bidrar Norge med den mest utfordrende delen av detektoren, nærmest kollisjonspunktet. Alice-bidraget består av utlesningselektronikk og signalbehandling.

Nederst i saken kan du se Alex Read fortelle om Higgspartikkelen og hvordan den ble oppdaget.

Teoretisk sett skal en Higgspartikkel også kunne bli til to myoner, en tung versjon av elektronet, men det har vi ikke sett ennå.

– Vi tror den finnes, men vi er ikke sikre før vi har observert prosessen eksperimentelt, sier Read.

Et annet eksempel er en Higgspartikkel som omdannes til to nye Higgspartikler.

– Det er en veldig vanskelig måling, helt på grensen til hva vi får til med LHC, påpeker Read.

Mørk materie?

Det kan også hende at Higgs omdannes til mørk materie. Det eneste vi egentlig vet om mørk materie, er at det har masse. Siden Higgsmekanismen er ansvarlig for å gi andre partikler masse (med ett unntak: nøytrinoene, men det er en annen historie), er det ikke helt usannsynlig at mørk materie-partikler er koblet til Higgs.

I tillegg til detaljstudiene av Higgspartikkelen fortsetter CERN-forskerne søket etter nye og ”eksotiske” fenomener som supersymmetri, ørsmå sorte hull, mørk materie og ekstra dimensjoner.

Les også: Han så Higgsbosonets hjerteslag

Vil du ha flere forskningsnyheter om reafag og teknologi? Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

 

 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Deltakere på CEES-konferansen i 2017

Avdekket torskens genom og "avslørte" svartedauden

Forskerne ved Senter for økologisk og evolusjonær syntese (CEES) har levert banebrytende forskning og mer enn 1450 vitenskapelige artikler om torskens genom, pesten i Europa, pingviner og klimaendringer, vikingenes torskehandel osv i løpet av ti år. Senteret har også vært god butikk for Institutt for biovitenskap: I tillegg til grunnfinansieringen fra Forskningsrådet, kom det inn rundt 100 millioner årlig i eksterne prosjektmidler mot slutten av senterets driftsperiode. 

RobertLyleBarn

Pregnant women’s short-term use of paracetamol may protect the fetus

Researchers at the University of Oslo and the Norwegian Institute of Public Health have earlier found a link between pregnant women's long-term use of paracetamol, which is one of the world's most commonly used medications, and an increased incidence of ADHD among their children. But when pregnant women use only a little paracetamol, the incidence of ADHD among their children is reduced.

 

Bildet er fra en demonstrasjon i Washington DC i april 1971

The Long Peace most likely began during the Vietnam War

The famous cognitive psychologist and best-selling popular science author Steven Pinker has described the period after World War II as "The Long Peace". But statiticians Nils Lid Hjort and Céline Cunen at the University of Oslo crunched all the numbers about interstate wars and found that "The Long Peace" in fact started later – during the Vietnam War. When Pinker read about their research, he was impressed.