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