L'esperimento ATLAS al Large Hadron Collider (LHC) del CERN è pronto per iniziare un altro capitolo nella sua ricerca di nuova fisica. Un aggiornamento significativo per l'esperimento, chiamato l'aggiornamento di fase I di ATLAS degli Stati Uniti, ha ricevuto l'approvazione Critical Decision-4 dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), significare il completamento del progetto e il passaggio all'operatività.

"Questo traguardo ci consentirà di spingere i confini della nostra comprensione, in seguito alla scoperta del bosone di Higgs al CERN, che ha portato al Premio Nobel per la Fisica 2013, " ha affermato il direttore del progetto Jonathan Kotcher, uno scienziato senior presso il Brookhaven National Laboratory del DOE. "Il completamento di questo progetto è un passo importante nella campagna di fisica che si sta portando avanti alla frontiera dell'energia, che integra la tecnologia più avanzata di acceleratore e rivelatore per sondare le forze fondamentali e le particelle della natura. Siamo molto entusiasti di passare alla fisica e all'analisi dei dati che tutto questo duro lavoro ha permesso".

Guidato da Brookhaven Lab e Stony Brook University (SBU), l'aggiornamento di fase I dell'ATLAS degli Stati Uniti è la fase iniziale di un più ampio aggiornamento pianificato per il progetto LHC, il progetto High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). L'obiettivo è aumentare sostanzialmente la luminosità dell'LHC, consentendo agli scienziati di raccogliere 10 volte più dati dalle collisioni di particelle, osservare processi molto rari, e fare nuove scoperte sugli elementi costitutivi della materia. Ma prima, esperimenti a lungo termine come ATLAS dovevano essere sottoposti a aggiornamenti iniziali per prepararsi ai prossimi anni prima che LHC passi alla modalità HL-LHC.

"L'esperimento ATLAS è in prima linea nell'esplorazione e nelle scoperte della fisica delle particelle ad alta energia da un decennio ormai, " ha affermato il vicedirettore del progetto Marc-André Pleier, un fisico a Brookhaven. "Anche se abbiamo imparato molto finora, la nostra attuale comprensione dell'universo non può spiegare fenomeni come la materia oscura, energia oscura, o asimmetria antimateria/materia. Fornire questi aggiornamenti del rivelatore per ATLAS ci consentirà di studiare processi ancora più rari che mai e far luce su angoli poco conosciuti o inesplorati della nostra comprensione di come funziona l'universo".

"L'aggiornamento di fase I dell'ATLAS degli Stati Uniti ha comportato la costruzione di elettronica moderna per sostituire gli elementi obsoleti con altri più efficienti, ma ha anche fornito all'esperimento funzionalità nuove e migliorate, " ha affermato il responsabile del progetto Christopher Bee, uno scienziato senior presso SBU.

Nello specifico, il progetto si è concentrato su tre componenti di ATLAS:il sistema di trigger/acquisizione dati, il calorimetro ad argon liquido, e il rivelatore di muoni in avanti (noto come New Small Wheel). Combinato, gli aggiornamenti a questi tre componenti forniranno agli scienziati la capacità di raccogliere dati in modo più efficiente ea tassi di raccolta dati più elevati.

"Ogni secondo, ci sono diversi miliardi di eventi di collisione protone-protone rilevati da ATLAS, ma solo poche centinaia sono registrate, " disse Bee. Quegli eventi sono selezionati dal sistema di innesco, che passa al setaccio una serie di eventi poco interessanti per trovarne quelli che potrebbero indicare una nuova fisica o rari eventi del Modello Standard. "Il sistema di acquisizione dati sposta i dati dal rilevatore attraverso il sistema di attivazione, e poi mette gli eventi selezionati in memoria per un'ulteriore analisi. Gli aggiornamenti a questo sistema miglioreranno la sua capacità di selezionare eventi chiave".

Gli aggiornamenti all'elettronica del calorimetro aumenteranno la precisione dei dati che escono dal rilevatore del calorimetro. La nuova ruota piccola migliorerà notevolmente la capacità di attivazione e l'efficienza di ATLAS per eventi con muoni, particelle subatomiche note come "cugini pesanti" degli elettroni.

"Nelle prime esecuzioni dell'esperimento, l'innesco del muone aveva un tasso di muoni "falso" sostanziale, " ha detto Pleier. "Stava dando l' 'OK' accettare una grande frazione di eventi che non erano interessanti. L'obiettivo principale della nuova ruota piccola è ridurre drasticamente il tasso di innesco falso".

12 università statunitensi e l'Argonne National Laboratory del DOE hanno collaborato con Brookhaven Lab e SBU per completare l'aggiornamento di fase I di ATLAS degli Stati Uniti nei tempi e nel budget. Questo progetto di aggiornamento da 44 milioni di dollari è stato sostenuto dal DOE (33 milioni di dollari) e dalla National Science Foundation (NSF) (11 milioni di dollari).

"Apprezziamo molto il supporto di DOE e NSF che ci ha permesso di realizzare i nostri obiettivi nell'aiutare a preparare ATLAS per un futuro luminoso, " ha detto Bee. "Non vediamo l'ora di sfruttare le nuove opportunità scientifiche rese possibili da questi aggiornamenti".