Tudomány

Magyarok segítségével újult meg az egyik legfontosabb részecskedetektor

Korábban a témában:

„Még egy centiméter” – mondta a vezető technikus a hidraulikus emelő működtetése közben, 2020. augusztus 14-én. A mintegy 5 m átmérőjű, 5 m hosszú hengeres óriásdetektor egyik legfontosabb eleme óvatosan a helyére került 56 méterrel a föld alatt az Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider – LHC) 2. ütközési pontjában, az ALICE kísérlet földalatti mérőhelyén. Ez a művelet koronázta meg azt a több évig tartó fejlesztési munkát, amelynek eredményeként az ALICE Időprojekciós Kamrája elfoglalta a dobogót – mint a világ legnagyobb térfogatú, 88 m³-es GEM alapú TPC detektora.

„Augusztus közepén lezárult a CERN ALICE kísérlet Időprojekciós Kamrájának (Time Projection Chamber – TPC) modernizálása. A 2015 óta épített, új elvek alapján fejlesztett detektor, az 1995 táján tervezett előző változatot váltotta le az ALICE hatalmas központi elektromágnesében. Ebben a K+F munkában jelentős feladatot vállalt a Wigner Fizikai Kutatóközpont” – mondja Barnaföldi Gergely Gábor a Magyar ALICE Csoport vezetője.

Az ALICE TPC egy részecske-nyomkövető detektor, amely egy, a Nagy Hadronütköztető nehézion fizikai kutatásait célzó, speciális berendezés. A célja nem kevesebb, mint hogy a Világegyetem születése utáni pillanatokban keletkezett anyag, a kvark-gluon plazma (Quark-Gluon Plasma – QGP) halmazállapot tulajdonságait kutassa.

Ott jártunk, ahol ősrobbanást hoznak létre magyarok
Az ősrobbanás utáni első mikromásodperceket, az úgynevezett „őslevest" tanulmányozzák. És a magyarok nélkül egyetlen bit sem jöhetne ki a detektorból.

Gázelektron-sokszorozó technológia a tortaszeletek helyett

Az óriásdetektor szerkezetét úgy kell elképzelnünk, mint egy nagy, argon-széndioxid gázkeverékkel töltött hengert, egy „kisembernyi” lyukkal a közepén.

Ebben a belső üregben helyezkedik el a szilícium-lapkákból álló nyomkövető, valamint legbelül a berillium nyalábcső, amiben az ütközések történnek. Az ütközési pontban keletkezett relativisztikus töltött részecskék a TPC belsejében ionizálják a gázkeverék atomjait, amelyek azután az erős elektromos tér hatására elrepülnek a kamra hengerének két végében elhelyezett tortaszelet alakú kamrákhoz. Ezek a detektorok a TPC korábbi változatában úgynevezett sokszálas proporcionális kamrákból (Multiwire Proportional Chamber – MWPC) épültek fel, amelyek összesen 72 részből álltak.

Az ALICE TPC továbbfejlesztése során most ezeket a „tortaszeleteket” felváltották egy új, az úgynevezett gázelektron-sokszorozó (Gas Electron Multiplier – GEM) technológián alapuló elemek. A GEM technológia fontos eleme a mikrostruktúrás detektorfejlesztésnek, amelyeket a CERN az RD51 együttműködés keretében tökéletesített. Ebben a munkában részt vett a Wigner FK-ban Varga Dezső vezetésével működő Innovatív Gázdetektorok Lendület kutatócsoport is.

A TPC szállítása, fotó: CERN

A GEM technológia újdonsága, hogy lehetővé teszi a folytonos adatkiolvasását a detektorból, így a másodpercenkénti 50000 ólom-ólom ütközések mindegyikében keletkező több tízezer részecskepálya szinte mindegyike rögzítésre kerülhet az új, akár 4 TB/s sebességű kiolvasórendszernek köszönhetően. De vajon fog-e működni ez, és tudnak-e a GEM-eszközök olyan jól teljesíteni, mint MWPC-alapú elődjeik?

A koronavírus-járvány ellenére is elkészült a fejlesztés

Ahhoz, hogy ezt a kérdést meg tudjuk válaszolni, hosszú éveken át tartó intenzív kutatásra és fejlesztésre volt szükség. A fő kihívást az okozza, hogy a sorozatos, egymást követő ütközésekben a detektort kitöltő gázkeverék ionizációja során rengeteg pozitív ion is keletkezik, melyek a meghatározandó részecskepályák torzulását okozzák. A pontos részecske-azonosításhoz szükséges a részecskék energiavesztésének precíz meghatározása, ami izgalmas kihívás az új típusú GEM alapú konfiguráció számára.

„Az elmúlt 3 évben a CERN műhelyében több mint 800 GEM fóliát készítettek el, miközben pedig az új kamrák és elektronikák elkészítése és tesztelése is folyt szerte a világban. A részegységek összeépítése meglehetősen komoly logisztikai feladat – mondja Barnaföldi –, különösen, hogy három kontinensen folytak párhuzamosan a fejlesztések. Az ALICE TPC csapat együttesen dolgozott a fejlesztés utolsó lépésein, amelyeket a CoVid-19 járvány kitörése mellett is képesek voltak sikeresen lezárni.”

A CERN gyorsító komplexumának második hosszú leállása (Long Shutdown 2 – LS2) alatt először kiemelték a TPC modulját a földalatti csarnokból, majd a felszínen a keretével együtt áttették egy, a feladat végrehajtására épített tisztaszobába. Darukkal, emelőkkel és egy speciális kamionnal volt csak megoldható a biztonságos szállítás.

Több mint egy évbe telt a kamrák kicserélése, az elektronikák installálása és a komplex tesztelések végrehajtása

(ez utóbbit lézerekkel, kozmikus sugárzással és röntgensugárzással végezték). 2020 júliusában a TPC készen állt arra, hogy visszahelyezzék a föld alá. Ekkor jöhettek ismét a daruk, emelők és a speciális kamion.

A Magyar ALICE Csoport szerepvállalása igen jelentős volt ebben a projektben, hiszen a NKFIH OTKA K120660 pályázat által támogatott kutatások és fejlesztések egy része a Wigner Fizikai Kutatóközpontban zajlott. Heti rendszerességgel érkeztek a GEM fóliák, amelyek tesztje éjjel-nappal folyt az intézet speciálisan erre a célra kialakított tiszta helyiségében, több speciálisan kifejlesztett automatikus szkenner segítségével. A 800 fólia mintegy felének minőség-ellenőrzését Csillebércen, a többit Helsinkiben végezték. A tesztelt fóliákat masszív keretre ragasztották, majd ezekből építették össze a 72 új GEM-es kamrát az USA és Európa több intézetében. Ezeket aztán külön-külön is tesztelték a CERN-ben egy nagyenergiás röntgenforrással. Ez utóbbi tesztekben szintén részt vettek a Wigneres kollégák, valamint segítettek a kamrák hőmérsékleti szenzorainak és az egyéb elektronikáknak az installálásában, kábelezésében, földelésében.

Tesztelés Csillebércen, fotó: Boldizsár László (Wigner FK)

A magyar csoport az összeszerelést követően a helyszíni röntgen és kozmikus tesztekben is részt vett, majd a pandémiás helyzet beálltával, egy regénybe illő kalandos hazaút után, itthonról távmunkában végezték a méréseket, és detektorok tesztelését. A Magyar ALICE Csoport TPC-fejlesztésben résztvevő meghatározó tagjai: Barnaföldi Gergely Gábor csoportvezető, Boldizsár László, Futó Endre, Gera Ádám, Hamar Gergő, Varga Dezső, Vargyas Márton.

Az ALICE kísérleti együttműködés egy hatalmas lépést tett meg azáltal, hogy a TPC fejlesztésébe több évnyi intenzív K+F tevékenységet befektetve, a tesztelés és összeszerelés eredményeként létrejött egy modern berendezés. 2020 végére a teljes TPC-t bekötik az ALICE központi elektromos-, gáz- és vezérlő-rendszerébe. A végső globális kozmikus tesztek még hátra vannak, utána viszont már csak annyi marad, hogy a készítők együtt izguljanak az LHC gyorsított részecskenyalábjainak felélesztésekor az új mérések sikeres elindulásáért.

Ajánlott videó mutasd mind

Magyar modell: bizonygatják, hogy felkészültünk a második hullámra, de a szakadék szélén állunk

Úgy tetszik, stratégiát váltott és mindent egy lapra tesz fel az Orbán-kormány: a fertőzöttek száma már nem fontos, csak a halálesetek elkerülése és az ország működése. Csakhogy sem a tesztelés, sem a kontaktkutatás, sem a járványügy nem működik olajozottan. Ez veszélyes kombináció lehet, és bár a kormány szerint az egészségügy felkészülten várja a betegek érkezését, ezzel ellentétes hírek is érkeznek.

Emberevéssel vádolt cigányokat végeztek ki a Nyúzóvölgyben

Az évszázad Európát is megrázó büntetőügyében több mint 200 vándorcigányt vádoltak 31 gyilkossággal és emberhús fogyasztásával 1782 nyarán Kemencén. Az elrettentésnek szánt durva és megalázó kivégzéseknek az uralkodó közbelépése vetett véget.

Ha kommentelni, beszélgetni, vitatkozni szeretnél, vagy csak megosztanád a véleményedet másokkal, a 24.hu Facebook-oldalán teheted meg. Ha bővebben olvasnál az okokról, itt találsz válaszokat.

A cikkhez ide kattintva szólhatsz hozzá.
Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
24-logo

Engedélyezi, hogy a 24.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.