小輪“C”于 2021 年 10 月 14 日進入位于實驗正上方的 ATLAS 地面大廳。 (圖片來源：CERN)

大型強子對撞機 ( HL-LHC )的高光度升級將大大提高 ATLAS 實驗中的碰撞率。雖然為物理學(xué)家提供了探索宇宙中一些最稀有過程的機會，但大碰撞率帶來了新的挑戰(zhàn)——尤其是更高的輻射水平和更多的數(shù)據(jù)。ATLAS 合作正在通過使用新的、最先進的儀器升級其探測器的所有部件來適應(yīng)這些挑戰(zhàn)。

“ μ 介子NSW 是 ATLAS 中第一個專門設(shè)計用于處理高亮度條件的新型探測器，”ATLAS 發(fā)言人 Andreas Hoecker 說。“第二個也是最后一個NSW 的安裝遵循了 ATLAS 成員近十年的專注努力，他們從頭開始設(shè)計、建造和組裝這個高科技 μ 子探測器。”

尖端技術(shù)

ATLAS NSW 系統(tǒng)由兩個輪狀探測器組成，位于實驗洞穴的兩端。與 ATLAS 的 25 米“大輪”探測器相比，每個 NSW 重達 100 多噸，直徑近 10 米。

比大小更重要的是功能。NSW 探測器處于探測器設(shè)計的最前沿，使用兩種創(chuàng)新的氣體探測器技術(shù)：微兆氣體 (MM) 和小條薄間隙室 (sTGC)。這些提供了快速和精確的μ子跟蹤能力。“NSW 允許的改進空間分辨率對于 ATLAS“觸發(fā)器”尤其重要，該系統(tǒng)決定存儲哪些碰撞事件以及丟棄哪些碰撞事件。觸發(fā)器將依靠 NSW 出色的分辨率來確認粒子是否來自相互作用點，從而減少我們從不需要的背景事件中保存數(shù)據(jù)的機會，”NSW 第一階段升級項目負責(zé)人馬里奧·安東內(nèi)利說。

整個系統(tǒng)的讀出能力驚人：200 萬個 MM 讀出通道和 350,000 個 sTGC 電子讀出通道。每個輪子有 16 個扇區(qū)，每個扇區(qū)包含兩層 MM 和 sTGC 室，每個室有四個測量平面，為物理學(xué)家在通過探測器追蹤 μ 子軌跡時提供有用的冗余。

在歐洲核子研究中心組裝NSW的商會。(圖片：歐洲核子研究中心)

探測器之舞

雖然 2021 年 NSW 的探測器已經(jīng)進入地下，但這并不是他們第一次移動。ATLAS μ 介子系統(tǒng)項目負責(zé)人 Philipp Fleischmann 說：“NSW 的努力是跨國的，來自全球 ATLAS 合作的成員為建筑和設(shè)計做出了貢獻。”

原來的輪子正式退役后，NSW “A”號于 7 月 6 日從 191 號樓移到 ATLAS 地面大廳，六天后下降到 ATLAS 洞穴中，進入位于熱量計端蓋低溫恒溫器和端蓋環(huán)形磁鐵之間的最后位置。四個月后，NSW“C”號重演了這一重要時刻，因為它于 11 月 4 日被降入 ATLAS 洞穴。

ATLAS 技術(shù)協(xié)調(diào)員 Ludovico Pontecorvo 表示：“盡管全球大流行，項目負責(zé)人 Stephanie Zimmermann 不幸去世，但該團隊仍設(shè)法使項目保持在正軌上，這證明了他們令人難以置信的才能和奉獻精神。”

新南威爾士州“A”定位在 ATLAS 實驗內(nèi)。(圖片：歐洲核子研究中心)

運動中的新輪

NSW 的探測器將有助于第三輪數(shù)據(jù)采集，因為 LHC 已經(jīng)計劃適度增加光度。在等待看到車輪運行的同時，ATLAS 合作將重點轉(zhuǎn)向?qū)嶒灥南乱粋€重大升級。ATLAS 升級協(xié)調(diào)員 Francesco Lanni 說：“LHC(LS3，計劃于 2025 年)的下一次長期關(guān)閉將是 HL-LHC 開始運行之前的最后一次關(guān)閉。在此期間，我們有很多工作要做，包括構(gòu)建和組裝全新的內(nèi)部跟蹤系統(tǒng)。但隨著每一次新的升級，我們離 LHC 物理學(xué)的下一個篇章以及其中可能存在的激動人心的發(fā)現(xiàn)又近了一步。”