如果明天(7 月 5 日)在欧洲核子研究中心，质子再次以几乎光速在大型强子对撞机 (LHC) 中再次发生碰撞，那么它也将是一个对于美因茨卓越集群 PRISMA⁺ 的物理学家来说非常特别的一天：在过去三年中，您为 ATLAS 探测器的扩展做出了重要贡献，以使其适合在世界第三季度处理更大量的数据最大的粒子加速器。物理学家希望用它来获得对最小粒子世界的新的和更深入的见解。
经过三年多的维护和转换中断后，质子于 4 月 22 日在 27 公里长的圆形大型强子对撞机中首次再次循环 - 最初是低能量的。在过去的几周里，加速器一直在不断加速，以便明天正式开始物理计划：质子的总能量首次达到 13.6 万亿电子伏特(13.6 TeV)——即每个质子束 6.8 TeV——会碰撞。
以此开始的第三次运行(LHC Run 3)，LHC 团队再次大幅提升加速器的性能，将其推向极限。大型强子对撞机不仅将达到新的记录能量，而且还将产生比以前更多的粒子碰撞。为了跟上这一步伐，并能够处理和分析更多的碰撞，LHC 的四个探测器也同时进行了广泛的扩展。其中之一是 ATLAS 探测器，美因茨的物理学家参与了该探测器的进一步开发。
美因茨制造的超快速电子产品
新的触发系统必须处理。“因此，伟大的艺术是在几微秒内整理出更多数据，而不会丢失有趣的物理学，”Volker Büscher 说。所有这一切都在全自动电子设备的帮助下发生 - 所使用的逻辑模块使用最新的发展并在技术上可行的范围内工作。这很难想象：“每秒钟，美因茨系统每秒处理超过 2 TB 的数据，相当于将近 500 张 DVD。”
扳机的核心是美因茨的产品——中央电子元件经过六到七年的开发工作，它可以观察粒子碰撞产生的碎片。触发系统还有其他组件和部件，来自世界各地的合作伙伴——包括美国、瑞典和英国——都在贡献。Büscher 工作组的四名科学家目前正在 CERN 现场工作，以调试和校准新的触发电子设备，并在正在进行的实验期间监督系统。
更好地看到μ子
美因茨参与的另一个项目是 ATLAS 介子光谱仪的扩展。μ子是电子的重“亲戚”。它们对物理学来说非常有趣，因为它们会出现，例如，当希格斯玻色子衰变时。“最里面的 μ 子探测器新小轮 (NSW) 的建造是 ATLAS 升级中最大的正在进行的项目之一：我们从 ATLAS 探测器中移除了以前的小轮并开发了新的小轮，”教授解释说。博士。马修·肖特。“有两个这样的新南威尔士州，一个在探测器的每一侧。”为了能够在大型强子对撞机的第三次运行期间处理高数据速率，新南威尔士州使用了两种不同的探测器技术：每个单元由八层Micromegas探测器和Small-Strip Thin Gap Chambers(sTGC)组成，总有效面积超过2500平方米。围绕教授的工作组。Matthias Schott 多年来一直参与新南威尔士州项目，并在 PRISMA 探测器实验室建造了 100 多个超平面探测器层，自 2020 年起陆续在现场集成到新南威尔士州系统中。在欧洲核子研究中心的一个大型装配大厅中成功组装了两个 NSW 几年后，第一个 NSW 被运送到 ATLAS 探测器并于 2021 年 7 月 15 日安装 - 并下降到 ATLAS 坑深 100 米。第二次新南威尔士州随后于 2021 年 11 月 4 日举行。“这是一项精密的工作和后勤方面的杰作，”马蒂亚斯·肖特高兴地说。
即将出现的新物理学
2012 年，在第一次 LHC 运行时，ATLAS 与另一个 LHC 实验同时发现了希格斯玻色子。“这种科学感觉为破译宇宙的奥秘打开了新的窗口，”沃尔克·比舍尔回顾道。在第二个学期，即 2015 年至 2018 年期间，欧洲核子研究中心的物理学家能够研究希格斯粒子的特性，并对粒子物理学的标准模型进行测试。一方面，这个模型非常成功地从几个基本组成部分描述了自然的结构，另一方面，它无法解释各种现象：暗物质是由什么组成的?为什么宇宙中的物质比反物质多?第三个 LHC 术语的目标是 更精确地测量希格斯粒子的性质并找到这些问题的答案——例如，可以解开暗物质之谜的新粒子和力量。对于美因茨的物理学家来说，事情现在变得非常令人兴奋。
ATLAS 探测器
ATLAS(环形 LHC 装置)是有史以来在加速器上建造的最大的粒子探测器：它大约有五层楼的大小。ATLAS 的主要特点是环形磁铁系统。它由八个 25 米长的超导磁线圈组成，这些线圈以圆柱形排列在束管周围。它们产生一个环形的，即所谓的环形磁场，使探测器外部区域的碰撞中产生的 μ 子偏转。在探测器内部的另一个磁场中，测量碰撞中产生的所有带电粒子的脉冲。来自 38 个国家 177 个研究所的 3200 多名科学家正在从事 ATLAS 实验。来自德国的 18 家机构参与其中。
