Revista >> Iulie - August 2016 [Nr. 186] >> Cercetare & Invatamant superior

INCDTIM Cluj-Napoca - trecut, prezent şi viitor în participarea la experimentul ATLAS de la CERN Geneva

Ing. Gabriel Popeneciu, Director Tehnic INCDTIM Cluj-Napoca

29 Iulie 2016

„Sunt extrem de încântată să urez bun venit României în calitatea sa de nou stat membru al CERN“ a declarat Fabiola Gianotti, Director General CERN Geneva, în ziua de 17 iulie 2016. Această zi când România a devenit al 22-lea stat membru al Organizaţiei Europene pentru Cercetare Nucleară (CERN) va rămâne un reper foarte important pentru întreaga comunitate ştiinţifică din ţara noastră. La apariţia României pe harta CERN, rod al efortului comun al mai multor institute şi universităţi, a contribuit şi INCDTIM Cluj-Napoca prin participarea la experimentul ATLAS, unul din experimentele majore ale celui mai mare accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC) de la CERN Geneva.

INCDTIM Cluj-Napoca este membru al Colaborării internaţionale a experimentului ATLAS în cadrul clusterului ATLAS Romania, colaborare ce cuprinde 5.000 de oameni de ştiinţă ce vin din 180 de instituţii de cercetare din 38 de ţări, reprezentând unul dintre cele mai mari eforturi de colaborare realizate vreodată în ştiinţă. Detectorul ATLAS este cel mai mare detector construit până acum pentru un accelerator de particule, având dimensiunile unui cilindru cu 46 m lungime, respectiv 25 m în diametru, cu o greutate de 7.000 tone, amplasat intr-o incintă subterană la 100 m adâncime. În centrul detectorului ATLAS ciocnirile între protoni se produc la o energie totală de 13.000 de miliarde de electroni volţi (13 TeV), lucru ce a permis descoperirea particulei căutate de peste 50 ani de oamenii de ştiinţă: bosonul Higgs.

Poate că aspectul cel mai interesant al experimentului ATLAS este capacitatea oamenilor de ştiinţă de a explora și de a descoperi noi fenomene dincolo de prezicerile teoretice existente: căutarea de necunoscut şi găsirea unor răspunsuri chiar şi la întrebările care nu au fost formulate. Descoperirea bosonului Higgs în cadrul experimentelor ATLAS şi CMS de la LHC, descoperire încununată prin premiul Nobel acordat în anul 2013 în comun teoreticienilor François Englert și Peter Higgs, prin confirmarea experimentală a mecanismului teoretic care contribuie la înţelegerea originii masei particulelor subatomice, ne va ajuta să înţelegem caracteristicile de bază ale Universului, dar totodată a deschis noi ferestre în căutarea ,,noii fizici”, mai precis în descoperirea unor particule noi, exotice, sau în oferirea unor răspunsuri despre ce este materia întunecată şi dacă există sau nu extradimensiuni.

Detectorul în sine este un instrument având mai multe straturi, proiectat pentru a detecta unele dintre cele mai mici particule create vreodată pe pământ, în condiţii energetice similare cu cele existente în primele trilionomi de secundă ale istoriei Universului. Detectorul este compus din 6 subsisteme diferite de detectare, concentric distribuite faţă de punctul de ciocnire al particulelor (protoni sau ioni grei) pentru a înregistra traiectoria, impulsul și energia noilor particule create , permițând astfel măsurarea şi identificarea lor. În fiecare secundă au loc peste un miliard de ciocniri, o rată de date echivalentă cu 20 de convorbiri telefonice simultane realizate de fiecare persoană de pe pământ, dar doar una dintre ciocniri este marcată ca fiind potențial interesantă și înregistrată pentru continuarea studiilor.

20 de ani de colaborare
Experimentul ATLAS, la fel ca toate experimentele de la CERN, este un mare consumator de înaltă tehnologie, mergând până la limitele tehnologice existente. Acest lucru a constituit un teren propice pentru preocupările grupului de Inginerie High-Tech şi Tehnologii Avansate din cadrul INCDTIM, materializate prin 20 de ani de colaborare cu CERN.

Începutul participării INCDTIM la experiment ATLAS a fost în anul 1996, când au fost realizate la Cluj-Napoca o serie de componente mecanice de mare complexitate ale calorimetrului hadronic de scintilaţie (Tile Calorimeter). Acesta este unul din subsistemele detectorului ATLAS, având o structură tubulară - 8,5 m şi 4.6m diametru exterior respectiv interior şi 12 m lungime totală - formată din 3 cilindrii dispuşi pe direcţia axei fascicolului de particule al LHC. Fiecare cilindru este realizat din 64 module independente dispuse radial, avănd o greutate maximă de 21 de tone fiecare, construite dintr-un sandwich de plăci metalice şi plăcuţe scintilatoare din material plastic, ansamblate prin intermediul unor elemente de legatură. Componentele realizate, grinzile pentru modulele calorimetrului şi elementele de legătură ale acestor, au fost livrate la CERN în perioada 2001- 2003, când am participat la pre-asamblarea calorimetrului. În paralel, pe baza experienţei acumulate în această etapă, grupul de ingineri din institut a elaborat procedurilor de montare a Tile Calorimeter în incinta subterană a experimentului ATLAS. Montajul a fost finalizat în anul 2006, fiind urmat de instalarea serviciilor, comisionarea şi validarea detectorului, la sfârşitul anului 2009 realizându-se primele ciocniri proton-proton la energia totală de 0.9 TeV.

Pe întreaga durată a primei periode de funcţionare (Run1) a experimentului (2009-2013), INCDTIM a fost implicat în asigurarea mentenanţei şi repararea Tile Calorimeter prin: elaborarea procedurilor de intervenţie, proiectarea şi realizarea unor echipamente de intervenţie pentru mentenanţa electronicii readout şi asigurarea unei echipe de experţi. Succesul primei etape de producţie a detectorului ATLAS a fost asigurat de descoperirea în anul 2012, în paralel cu experimentul CMS de la LHC, a bosonului Higgs. A urmat prima oprire programată a experimentului, periodă în care, pe lângă operaţiile curente de mentenanţă a fost realizat un prim upgrade a Tile Calorimeter prin înlocuirea unor componente ale electronicii ,,on-detector”, pregătind astfel detectorul pentru a doua periodă de funcţionare (Run 2), planificată a se desfăşura în perioada 2015-2018 la energii totale de 13 TeV.

Pentru stocarea, procesarea şi analizarea volumului imens de date furnizate de detectorul ATLAS a fost creată o infrastructură formată din peste 130 de centre de calcul amplasate în întreaga lume, reunite în Worldwide LHC Computing Grid, unul din aceste centre găsindu-se la INCDTIM. A fost realizat, dezvoltat şi certificat pentru producţie site-ul GRID RO-14-ITIM, acesta prelucrând până în acest moment peste 4 milioane de job-uri ATLAS, ceea ce reprezintă peste 12% din numărul total de job-uri prelucrate în România în ATLAS.