Efter fem års arbete, EPFL:s fysiker, tillsammans med cirka 800 internationella forskare involverade i CERN:s LHCb-projekt, har precis tagit ett viktigt steg genom att bygga en ny detektor – en glittrande fiberspårare kallad SciFi – för att samla in mer data från kollideraren.

The Large Hadron Collider (LHC) vid CERN, Europeiska organisationen för kärnkraftsforskning, producerar hundratals miljoner protonkollisioner per sekund. Men forskare som arbetar med experimentet Large Hadron Collider beauty (LHCb), som involverar fysiker från EPFL, kan bara spela in 2, 000 av dessa kollisioner, med en av detektorerna installerade på gaspedalen. Så till slut, detta tekniska under gör att fysikerna vill ha mer. De är övertygade om att den enorma mängden ouppsamlad data innehåller svaren på flera olösta frågor.

I elementarpartikelfysik, Standardmodellen - teorin som bäst beskriver fenomen inom detta område - har verkligen beprövats och testats, ändå vet forskarna att pusslet inte är komplett. Det är därför de studerar fenomen som inte finns med i Standardmodellen. Denna strävan efter "ny fysik" försöker förklara antimaterias försvinnande efter Big Bang och den mörka materiens natur som, även om det representerar cirka 30 % av universum, kan endast detekteras genom astronomiska mätningar vid denna tidpunkt.

"För att extrahera mer information från LHC-data, vi behöver ny teknik för vår LHCb-detektor, " säger Aurelio Bay från EPFL:s Laboratory for High Energy Physics. EPFL har slagit sig ihop med flera forskningsinstitut för att utveckla den nya utrustningen som kommer att uppgradera experimentet 2020.

Använder scintillerande fiber för att upptäcka partiklar

Efter fem års arbete, EPFL:s fysiker, tillsammans med cirka 800 internationella forskare involverade i LHCb-projektet, har precis tagit ett viktigt preliminärt steg mot att avsevärt förbättra sin experimentutrustning. De har bestämt sig för att bygga en ny detektor – en glittrande fiberspårare kallad SciFi.

Konstruktion av spåraren, som innehåller 10, 000 kilometer glittrande fibrer var och en med en diameter på 0,25 mm, har redan börjat. När partiklar färdas genom dem, fibrerna kommer att avge ljussignaler som tas upp av ljusförstärkande dioder. De glittrande fibrerna kommer att arrangeras i tre paneler som mäter fem gånger sex meter, installerad bakom en magnet, där partiklarna lämnar LHC-acceleratorns kollisionspunkt. Partiklarna kommer att passera genom flera av dessa fiber "mattor" och avsätta en del av sin energi längs vägen, producerar några fotoner av ljus som sedan omvandlas till en elektrisk signal.

Data om hur partiklarna korsar fibrerna kommer att räcka för att rekonstruera deras bana. Fysikerna kommer sedan att använda denna information för att återställa sitt primitiva fysiska tillstånd. "Vad vi i huvudsak kommer att göra är att spåra dessa partiklars resa tillbaka till deras utgångspunkt. Detta borde ge oss en viss inblick i vad som hände för 14 miljarder år sedan, innan antimateria försvann, lämnar oss med saken vi har idag, säger Bay.

Enorma dataflöden

SciFi är en nyckelkomponent för att hämta data med högsta hastighet, eftersom den innehåller filter som är utformade för att endast bevara användbar data. I en idealisk värld, fysikerna skulle samla in och analysera all data utan att behöva använda för många filter. Men det skulle innebära en enorm mängd data.

"Vi kanske redan är vid gränsen, eftersom vi såklart måste spara datan någonstans. Först använder vi magnetisk lagring och sedan distribuerar vi data på LHC GRID, som inkluderar maskiner i Italien, Nederländerna, Tyskland, Spanien, på CERN, och i Frankrike och Storbritannien. Många länder deltar, och många studier på dessa data körs samtidigt, " tillägger Bay. Han pekar på sin datorskärm:rött används för att beteckna program som inte fungerar bra eller de som har försökt i flera dagar att inkluderas bland prioriteringarna.

Bay sätter snyggt in det här initiativet i en fysikers perspektiv: "Om LHC inte har tillräckligt med kraft för att avslöja ny fysik, det är över för min generation av fysiker! Vi måste komma med en ny maskin, för nästa generation."