“Saj še ta ni začel delati, pa že razmišljate o novem!”

Prejšnji teden sem sodeloval na delovnem sestanku kolaboracije ATLAS, ki je bil posvečen razvijanju naslednika trenutnega sledilca delcev – skupine detektorskih elementov, ki merijo sledi delcev, nastalih pri trkih. (ATLAS je kolaboracija približno 2000 fizikov osnovnih delcev, ki bo raziskovala rezultate trkov na trkalniku LHC v CERN-u pri Ženevi. Trkalnik LHC so preizkusno zagnali 10. septembra letos, a so z delovanjem morali nekaj dni kasneje zaradi okvare za nekaj mesecev prenehati. Na meritve prvih trkov bo potrebno tako se počakati.)

Ko sem prijateljem omenil, kam grem, je eden vzkliknil tekst z naslova, drugi pa je namignil, da očitno pri kolaboraciji sploh ne verjamemo, da bo trenutni sledilec delal, če že pred prvo resno uporabo razmišljamo o njegovi zamenjavi.

To seveda še zdaleč ni res. Sledilec delcev je skupek merilnikov, ki so najbližje točki, kjer delci trkajo, in na različne načine poskusa določiti sledi delcev, ki pri trkih nastanejo. Ker bo količina trkov zelo velika (približno 40 milijonkrat na sekundo bo čelno srečalo dvakrat po 100 milijard protonov), bo detektor med delovanjem preplavljen z delci, ki bodo frčali iz trkov. Zaradi prehodov delcev visokih energij (temu pravimo tudi ionizirajoče sevanje) bo detektor sčasoma zaradi poškodb deloval vse slabše, in ga bo po nekaj letih delovanja potrebno zamenjati. Razlog za zamenjavo bo torej “obraba”, ne slabo delovanje.

Znanstveniki in inženirji so se z razvojem obstoječega sledilca začeli ukvarjati že v začetku 90. let prejšnjega stoletja. Potrebno je bilo preizkusiti različne možne rešitve, razviti tehnologijo, izdelati testne modele in preveriti njihovo delovanje. Ko je bil dizajn določen, je bilo potrebno vse detektorje izdelati in sestaviti, prav tako pa vso elektroniko, ki odčitava meritve z detektorskih elementov; od prvih resno preizkušenih predlogov pa do takrat, ko je bil sledilec sestavljen, je minilo več kot 10 let. Vsak detektorski element je bilo potrebno preizkusiti najprej posamično, nato pa še po tem, ko je bil vgrajen v celoto. Samo vgradnja napajanja, elektronike in hladilnega sistema je trajala skoraj celo leto. Da našteti koraki res niso majhen zalogaj, povejo naslednje številke: v sledilcu delcev, ki je del detektorja ATLAS, je več kot 60 m2 silicija, z njim bi torej lahko tlakovali manjše stanovanje, še bolj impresivno pa je to, da je silicij razdeljen na skoraj 90 milijonov kosov, ki so uporabljeni pri določanju sledi delcev. Meritev iz vsakega od kosov je potrebno odčitati, obdelati in shraniti za poznejšo uporabo. Pri vsem tem je potrebno silicij hladiti na skoraj -10 stopinj Celzija, da elektronski šum zaradi segrevanja ne moti meritve.

Tako pri sedanjem kot pri bodočem sledilcu moramo znanstveniki znati predvideti, kaj se da razviti in doseči v času, ki nam je na voljo. Nihče si namreč ne želi, da bi bila vgradnja novega sledilca zamujena zaradi slabega planiranja, ali da bi se ob vgradnji izkazalo, da skupek detektorjev nima želenih lastnosti; oboje bi namreč lahko ogrozilo delo in trud tisočev znanstvenikov. Danes smo pametnejši za izkušnje, ki smo jih pridobili pri izdelavi trenutnega sledilca, vendar pri bazičnih raziskavah, kjer je razvoj novih znanj in orodij ena osnovnih nalog in si raziskovalci želijo razširiti meje možnega, to kar znamo danes, ni nikoli dovolj. Zato je 10 let, kolikor je približno na voljo za razvoj novega sledilca delcev, za tako zahteven projekt strašljivo malo. Tega se znanstveniki dobro zavedamo in je razvoj novega sledilca v polnem teku, čeprav sedanji še ni okusil polnega delovanja.

-