Kdo nadzoruje moderne eksperimente fizike osnovnih delcev?

    Trenutno sem v laboratoriju Fermilab v bližini Chicaga, kjer sem za en teden zadolžen za sprotno preverjanje kvalitete izmerjenih podatkov detektorja CDF na trkalniku Tevatron. Tevatron je bil dolgo časa trkalnik z največjo energijo trkov, dokler ga decembra lani ni prekosil LHC, o čemer je v blogu pisal Jure.

    Detektorji, ki jih uporabljamo v eksperimentih fizike osnovnih delcev, so sestavljeni iz množice zahtevnih detektorskih elementov. Za odčitavanje meritev je celoten detektor prepreden s posebej za to nalogo razvito elektroniko in že samo za detektor pozicije razpadov delcev je potrebno obdelati 500.000 elektronskih signalov (ta številka je še za faktor sto večja pri eksperimentih na LHC). Poleg tega curki visokih energij, ki jih opazujemo pri trkih, najbolj občutljive dele detektorja lahko poškodujejo ali uničijo. Zato je za uspešno meritev potrebno neprestano nadzorovati delovanje detektorja in sproti odpravljati nastale težave.

    Visokoenergetski trki se v detektorju dogajajo nekaj milijonkrat na sekundo – kljub temu je potrebno meriti več let, da bi lahko zaznali najbolj redke delce, kot je recimo iskani Higgsov bozon. Delovanje trkalnika Tevatron stane okoli 50 milijonov ameriških dolarjev na leto. To pomeni, da če trkalnik deluje, detektor pa trkov ne meri, poleg izgubljenega časa mečemo proč še okoli 100$ na minuto večinoma ameriškega davkoplačevalskega denarja.

    Zato ima vsak eksperiment ekipo, ki skrbi, da so meritve trkov z detektorjem čim bolj uspešne. Da bi izkoristili trkalnik in izmerili čim več, meritve potekajo dan in noč, vsak detektor pa ima svojo kontrolno sobo in v njej je vedno izmena znanstvenikov, ki nadzoruje trenutno stanje detektorja. Čeprav so postopki upravljanja z detektorjem avtomatizirani, je za večino odločitev še vedno potreben človek.

    Znanstveniki kot nekakšni kontrolorji letov na računalniških zaslonih sledijo dogajanju v detektorju, preverjajo stanje detektorskih elementov in elektronike ter pazijo, da obsevanje detektorja ne poškoduje. Curki delcev v trkalniku imajo namreč dovolj visoko energijo, da bi ob nepravilnem obsevanju poškodovali ali uničili dele detektorja, ki so najbližje trkom, odprava takih poškodb pa bi zahtevala več mesecev, včasih tudi let.

    Spisek možnih težav in predvidenih rešitev napolni nekoliko debelejšo knjigo, znanstveniki moramo zato pred delom v izmeni na krajše urjenje. V primeru, da nihče od članov izmene problema, ki se je pojavil, ne zna v kratkem času odpraviti, je potrebno poiskati in obvestiti eksperta za detektorski del v težavah. Ti za lažjo dosegljivost s seboj vedno nosijo pager. Po Murphyjevem zakonu začnejo pagerji zvoniti ob najbolj neprimernih trenutkih: ko sem ga nosil tudi sam, se mi je primerilo, da je začel zvoniti ravno, ko so mi v restavraciji servirali kosilo, tako da sem moral prositi, da mi ga zavijejo za s sabo. Ko se težave pojavijo ponoči, znanstveniki v izmeni še posebno marljivo poskušamo sami najti rešitev, saj je dokaj nerodno, če nekoga zbudimo za nekaj, kar se pozneje izkaže, da bi lahko enostavno odpravili sami.

    Z izkušnjami je moč več in več stvari avtomatizirati in z leti se število ljudi, ki so potrebni za nadzor delovanja detektorja, vztrajno zmanjšuje. Določene naloge lahko opravljamo tudi na daljavo prek medmrežja, tako da včasih en član izmene namesto v laboratoriju pri Chicagu sedi nekje v pisarni v Evropi ali Aziji. To je praktično predvsem za nočno izmeno, saj je takrat v Evropi že dan, v Aziji pa večer.

    Vse posege člani izmene redno zapisujemo v elektronski dnevnik, ki je za eksperiment CDF na trkalniku Tevatron dosegljiv tule. Vsakdo lahko pogleda (tudi bralci bloga), kaj se trenutno dogaja, čeprav večina vnosov uporablja žargon in poimenovanje, specifično za naš detektor, tako da je zunanjim opazovalcem težko slediti dogajanju. Ostali znanstveniki z eksperimenta, ki niso v izmeni, pa seveda redno preverjajo, če je vse v redu, in v primeru težav lahko takoj pomagajo z nasvetom.

    Detajli, kako poteka delo izmen, so različni od eksperimenta do eksperimenta. Na detektorju Belle v institutu KEK na Japonskem sta v izmeni dva znanstvenika, en je zadolžen za preverjanje kvalitete izmerjenih podatkov, drugi pa za upravljanje in potek same meritve. Vsakih 15 minut se oglasi alarm v obliki kukavičjega klica in takrat oba znanstvenika preverita vse potrebne parametre delovanja. Poleg tega je del izmene tudi še japonski znanstvenik, ki deluje kot posrednik med izmeno in kontrolorji trkalnika, saj ti velikokrat ne govorijo dobro angleško.

    Na eksperimentu CDF v institutu Fermilab pri Chicagu so podobno v izmeni trije znanstveniki (še pred štirimi leti, ko sem se priključil kolaboraciji, so bili štirje, vendar smo z avtomatizacijo določenih funkcij potrebo po četrtem uspeli odpraviti). Prvi je zadolžen za koordinacijo dela izmene, drugi za upravljanje z meritvijo, tretji pa za preverjanje kvalitete izmerjenih podatkov. Prvi (koordinator) po nepisanem pravilu poskrbi tudi za hrano za vse v izmeni – saj med izmeno razen za zelo kratek čas ni mogoče iz kontrolne sobe. Ni težko uganiti, da so med ostalimi znanstveniki še posebno priljubljeni tisti, ki pri hrani ne skoparijo.

    Pri eksperimentih na trkalniku LHC v CERNu smo z meritvijo podatkov šele začeli in si še nabiramo izkušnje z upravljanjem z detektorjem. Zato je v izmeni po en ekspert za vsak detektorski element in je v kontrolni sobi več kot deset ljudi. Z izkušnjami in avtomatizacijo se bo to število seveda zmanjšalo.

    Med različnimi izmenami je ponavadi prisotna zdrava tekmovalnost, saj si vsak želi biti v izmeni, ki bo izmerila največjo količino podatkov, vsekakor pa si nihče ne želi, da bi se med izmeno zaradi njegove neiznajdljivosti izgubljal dragocen čas. V času dela v izmenah velikokrat ostalo delo ne more počivati, tako da v tistih dneh 16-urni delavnik ni redek. Vendar se zaradi timskega dela v izmenah stkejo prav posebne vezi sodelovanja, tako da je to res posebna strokovna izkušnja.

    PUSTITE KOMENTAR

    Vpiši svoj komentar!
    Prosimo vpišite svoje ime

    This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.