如果明天(7 月 5 日)在歐洲核子研究中心，質子再次以幾乎光速在大型強子對撞機 (LHC) 中再次發生碰撞，那么它也將是一個對于美因茨卓越集群 PRISMA? 的物理學家來說非常特別的一天：在過去三年中，您為 ATLAS 探測器的擴展做出了重要貢獻，以使其適合在世界第三季度處理更大量的數據最大的粒子加速器。物理學家希望用它來獲得對最小粒子世界的新的和更深入的見解。

經過三年多的維護和轉換中斷后，質子于 4 月 22 日在 27 公里長的圓形大型強子對撞機中首次再次循環 - 最初是低能量的。在過去的幾周里，加速器一直在不斷加速，以便明天正式開始物理計劃：質子的總能量首次達到 13.6 萬億電子伏特(13.6 TeV)——即每個質子束 6.8 TeV——會碰撞。

以此開始的第三次運行(LHC Run 3)，LHC 團隊再次大幅提升加速器的性能，將其推向極限。大型強子對撞機不僅將達到新的記錄能量，而且還將產生比以前更多的粒子碰撞。為了跟上這一步伐，并能夠處理和分析更多的碰撞，LHC 的四個探測器也同時進行了廣泛的擴展。其中之一是 ATLAS 探測器，美因茨的物理學家參與了該探測器的進一步開發。

美因茨制造的超快速電子產品

新的觸發系統必須處理。“因此，偉大的藝術是在幾微秒內整理出更多數據，而不會丟失有趣的物理學，”Volker Büscher 說。所有這一切都在全自動電子設備的幫助下發生 - 所使用的邏輯模塊使用最新的發展并在技術上可行的范圍內工作。這很難想象：“每秒鐘，美因茨系統每秒處理超過 2 TB 的數據，相當于將近 500 張 DVD。”

扳機的核心是美因茨的產品——中央電子元件經過六到七年的開發工作，它可以觀察粒子碰撞產生的碎片。觸發系統還有其他組件和部件，來自世界各地的合作伙伴——包括美國、瑞典和英國——都在貢獻。Büscher 工作組的四名科學家目前正在 CERN 現場工作，以調試和校準新的觸發電子設備，并在正在進行的實驗期間監督系統。

更好地看到μ子

美因茨參與的另一個項目是 ATLAS 介子光譜儀的擴展。μ子是電子的重“親戚”。它們對物理學來說非常有趣，因為它們會出現，例如，當希格斯玻色子衰變時。“最里面的 μ 子探測器新小輪 (NSW) 的建造是 ATLAS 升級中最大的正在進行的項目之一：我們從 ATLAS 探測器中移除了以前的小輪并開發了新的小輪，”教授解釋說。博士。馬修·肖特。“有兩個這樣的新南威爾士州，一個在探測器的每一側。”為了能夠在大型強子對撞機的第三次運行期間處理高數據速率，新南威爾士州使用了兩種不同的探測器技術：每個單元由八層Micromegas探測器和Small-Strip Thin Gap Chambers(sTGC)組成，總有效面積超過2500平方米。圍繞教授的工作組。Matthias Schott 多年來一直參與新南威爾士州項目，并在 PRISMA 探測器實驗室建造了 100 多個超平面探測器層，自 2020 年起陸續在現場集成到新南威爾士州系統中。在歐洲核子研究中心的一個大型裝配大廳中成功組裝了兩個 NSW 幾年后，第一個 NSW 被運送到 ATLAS 探測器并于 2021 年 7 月 15 日安裝 - 并下降到 ATLAS 坑深 100 米。第二次新南威爾士州隨后于 2021 年 11 月 4 日舉行。“這是一項精密的工作和后勤方面的杰作，”馬蒂亞斯·肖特高興地說。

即將出現的新物理學

2012 年，在第一次 LHC 運行時，ATLAS 與另一個 LHC 實驗同時發現了希格斯玻色子。“這種科學感覺為破譯宇宙的奧秘打開了新的窗口，”沃爾克·比舍爾回顧道。在第二個學期，即 2015 年至 2018 年期間，歐洲核子研究中心的物理學家能夠研究希格斯粒子的特性，并對粒子物理學的標準模型進行測試。一方面，這個模型非常成功地從幾個基本組成部分描述了自然的結構，另一方面，它無法解釋各種現象：暗物質是由什么組成的?為什么宇宙中的物質比反物質多?第三個 LHC 術語的目標是 更精確地測量希格斯粒子的性質并找到這些問題的答案——例如，可以解開暗物質之謎的新粒子和力量。對于美因茨的物理學家來說，事情現在變得非常令人興奮。

ATLAS 探測器

ATLAS(環形 LHC 裝置)是有史以來在加速器上建造的最大的粒子探測器：它大約有五層樓的大小。ATLAS 的主要特點是環形磁鐵系統。它由八個 25 米長的超導磁線圈組成，這些線圈以圓柱形排列在束管周圍。它們產生一個環形的，即所謂的環形磁場，使探測器外部區域的碰撞中產生的 μ 子偏轉。在探測器內部的另一個磁場中，測量碰撞中產生的所有帶電粒子的脈沖。來自 38 個國家 177 個研究所的 3200 多名科學家正在從事 ATLAS 實驗。來自德國的 18 家機構參與其中。