Category: Ilmaisimet

Posted on

Odottamaton havainto CMS-kokeella

CMS-koe julkisti tänään tiistaina 21.9. uuden tieteellisen havaintonsa, joka viittaa uusiin ilmiöihin protoni-protoni-törmäyksissä. CERN järjesti aiheesta tiistai-iltana seminaarin, jota seurattiin Helsingissäkin webcast-lähetyksen avulla. Havainnosta julkistettiin myös lehdistötiedote.

Havainnoissa on lyhyesti kyse siitä, että 7 TeV:n energialla tuotetussa protoni-protoni-törmäytyksessä saattaa syntyä useita kymmeniä tai jopa satoja varattuja hiukkasia, ja näiden hiukkasten suuntajakaumassa on nyt havaittu odottamattomia piirteitä. Suuntajakauma kertoo törmäyspisteessä ja sen välittömässä läheisyydessä tapahtuvista ilmiöistä, ja heijastaa siten hiukkasten välisten perusvuorovaikutusten ominaisuuksia. CMS-koe on tämän havainnon myötä siirtynyt jo tunnettujen ilmiöiden kartoittamisesta uusien löydösten tekemiseen.

Kuva: 7 TeV:n protoni-protoni-törmäytyksissä saattaa joskus syntyä runsaasti varauksellisia hiukkasia, tässä kuvassa yli 100 kappaletta

Samankaltaisia piirteitä on aikaisemmin havaittu yhdysvaltalaisella RHIC-raskasionitörmäyttimellä, jossa ilmiön on tulkittu johtuvan kuuman ja tiheän aineen olomuodon muodostumisesta. Protonitörmäytyksissä ilmiötä ei ole aiemmin havaittu, ja sen alkuperälle on vielä tässä vaiheessa useita mahdollisia selityksiä.

LHC-törmäytin jatkaa protonien törmäyttämistä vielä lokakuun loppuun, ja sen jälkeen aloittaa raskasionitörmäytysten tuottamisen. On mielenkiintoista odottaa, vahvistavatko muut koeasemat (esim. ALICE ja ATLAS) lähiviikkoina CMS:n havainnon.

CMS on toinen LHC:lle rakennetuista suurista koeasemista, jolla voidaan laaja-alaisesti etsiä uusia fysiikan lmiöitä. Se on suunniteltu havaitsemaan erilaisia hiukkasia ja ilmiöitä LHC:lla aikaansaaduissa protoni-protoni- ja raskasionitörmäyksissä. Näin haetaan vastauksia kysymyksiin: ”Mistä maailmankaikkeus koostuu ja minkälaiset voimat vaikuttavat sen sisällä?” ja “ Mikä aiheuttaa aineen massan?”. Nyt tehdyt havainnot osoittavat, että CMS on valmis havaitsemaan uusia ilmiöitä, tarkistamaan havaintonsa huolellisesti ja raportoimaan niistä tieteellisissä julkaisuissa.

Linkki 1: CMS:n tiedotussivu sekä tiedotteen suomennos.

Linkki 2: julkaistu artikkeli Observation of Long-Range Near-Side Angular Correlations in Hadronic Interactions

Posted on

Hiukkasenkestäviä hiukkasilmaisimia

CMS silicon detectors installed to their support mechanics
Kuva 1. CMS-kokeen piinauhailmaisimia kiinnitettynä hiilikuidusta valmistettuun tukirakenteeseensa.

Hiukkassäteilyn aiheuttamat kidevirheet vaikuttavat jälki-ilmaisimien toimintaan samoin kuin jos digikameran kuva alkaisi pikkuhiljaa muuttua rakeiseksi ja lopulta häviäisi kokonaan kohinaan samaan tapaan kuin telkkarin kuva silloin kun kanavaa ei ole kunnolla viritetty.

Säteilyn aiheuttamat vauriot vaikuttavat pii-ilmaisimen ominaisuuksiin kolmella tavalla. Ensinnäkin ilmaisimen vuotovirta kasvaa sitä enemmän, mitä enemmän sitä säteilytetään. Tämä vaikuttaa suoraan “kuvan rakeisuuteen”. Lisäksi kulutettu teho on yhtä kuin jännite kertaa virta, ja LHC koeasemineen tarvitsee yhtä paljon sähköä kuin Geneven kaupunki yhteensä. Vuotovirran tuottama teho muuttuu lämmöksi, joka on pakko jollain tavalla johtaa pois sata metriä maan alla sijaitsevasta koeasemasta. Muussa tapauksessa CMS ja ATLAS alkaisivat hyvin nopeasti muistuttaa saunan kiuasta. Jokainen jääkaappinsa kanssa kesäkuumalla tuskaillut tietää, miten hankalaa jäähdytys voikaan olla. Continue reading “Hiukkasenkestäviä hiukkasilmaisimia”

Posted on

LHC:ssä säteilee – muutakin kuin Higgsin hiukkanen

Kun LHC-kiihdytin lähtee käyntiin, saadaan kerättyä ennennäkemätön määrä tietoa aineen perusrakenteesta. Samalla olemme erikoisen ongelman edessä: ilmiöt, joista keräämme dataa, vahingoittavat mittalaitteita.

LHC-kiihdyttimen koeasemat, CMS, ATLAS, ALICE ja LHCb muistuttavat perusrakenteeltaan toisiaan. Kaikissa näissä koeasemissa on pii-ilmaisimista koottu jälki-ilmaisin (englanniksi tracker) lähimpänä hiukkassuihkujen törmäyskohtaa.

Teoreettiset laskut ennustavat, että LHC pystyy tuottamaan Higgsin hiukkasen ainoastaan yhden kerran sadasta miljardista protonisuihkujen törmäyksestä ja tämän vuoksi LHC:ssä törmäytetäänkin hiukkasia 40 MHz taajuudella. Tällöin voidaan muutamassa vuodessa kerätä riittävästi tietoa, jota analysoimalla voidaan osoittaa Higgsin hiukkasen olemassaolo tai mahdollisesti se, ettei sitä olekaan.

Kaikista törmäystapahtumista vain murto-osa pystytään tallentamaan. Suurin osa poisheitetyistä törmäystapahtumista on kuitenkin ilmiöitä, jotka jo hallitsemme ja valintamekanismi pitää huolen, että mahdollisimman paljon kiinnostavista törmäystapahtumista tallennetaan. Mutta! Jokainen törmäys – tallennettu tai ei – tuottaa hiukkassäteilyä, joka vaurioittaa koeasemien mittalaitteita. Kovimmalle säteilyrasitukselle joutuvat hiukkasten ratoja mittaavat jälki-ilmaisimet, koska ne ovat lähimpänä protonisuihkujen törmäyskohtaa. Niinpä CMS-kokeeseen osallistuvan suomalaisryhmän eräs tärkeä tutkimusaihe on pii-ilmaisimien säteilynkeston parantaminen ja siihen tähtäävä perustutkimus. Continue reading “LHC:ssä säteilee – muutakin kuin Higgsin hiukkanen”