De komende jaren wordt de LHC-versneller omgebouwd naar een tienmaal fellere deeltjesfabriek. Nikhef werkt mee aan de voorbereidingen op de komende zondvloed aan meetgegevens. Deel 4 van een zomerserie over het werk aan de HiLumi LHC.
Circa vijf miljoen keer per seconde gaan de intensere bundels in de HiLUmi LHC op CERN elkaar treffen in de detectoren. En bij ieder treffen botsen naar schatting zo’n 200 protonen tegelijk op elkaar, tienmaal meer dan in de oude LHC. Een geweldige fundgrube voor fysici, maar ook een veeleisende wirwar aan signalen voor de detectoren en de apparatuur eromheen.
Om die datazondvloed het hoofd te bieden, is veel nieuwe technologie nodig voor bestaande experimenten. Nikhef is betrokken bij een aantal projecten om zoveel mogelijk meetgegevens uit de fellere CERN-versneller te oogsten voor fysisch onderzoek.
De twee belangrijkste Nederlandse projecten hebben beide betrekking op de ATLAS-detector, de grootste deeltjesdetector ter wereld en mede-ontdekker van het higgsdeeltje in 2012.
Het eerste is een nieuw element tegen beide uiteinden van de inner detector, de High Granularity Timing Detector. Deze nieuwe HGTD-subdetectoren bestaan uit twee grote schijven op elkaar met sensoren, uitlezing en koeling.
Elke HGTD-subdetector heeft in totaal vier lagen pixelsensoren op elkaar, die met picoseconde-nauwkeurigheid de doorkomst van een deeltje kunnen registreren. Door de exacte timing zijn daarmee signalen van haast gelijktijdige protonbotsingen toch van elkaar te kunnen onderscheiden en analyseren.
De HGTD-hardware is grotendeels door andere instituten ontworpen en ook gebouwd, maar Nikhef speelde de afgelopen vijf jaar wel een aanzienlijke rol bij het ontwikkelen van het uitleessysteem van deze detectoren. Met name op de exacte tijdmeting van de systemen is veel werk gedaan, inclusief studies van de gevoeligheid voor de harde fysieke omstandigheden binnenin de ATLAS-detector, vlakbij de bundel.
Het tweede HiLumi-gerelateerde Nikhef-inspanning is FELIX, een speciale interface waarmee de speciale digitale elektronica van detectoren kan communiceren met reguliere computers en netwerken. Nikhef is een van de grondleggers van het systeem, dat nu verder wordt aangepast voor het HiLumi-tijdperk. FELIX staat voor Front End LInk eXchange.
FELIX is een elektronische verbindingsmodule die de speciale stralingsbestendige detector-elektronica van een experiment verbindt met de datanetwerken daarbuiten. Gewone netwerkkaarten zijn daarvoor ongeschikt en meestal ook te traag. Zo’n aansluiting is letterlijk digitaal maatwerk, waarvoor programmeerbare FPGA-microelektronica nodig is, een specialisme van de afdeling Elektronica Technologie van Nikhef.
Nikhef-engineers en fysici in Amsterdam ontwikkelen een nieuwe versie van FELIX, die in de ATLAS-detector flexibel gaat worden ingezet, steeds programmeerbaar voor de gewenste taak onder de intense HiLumi-omstandigheden. FELIX wordt gaandeweg de standaard interface voor ATLAS en zeker toegepast voor de nieuwe HGTD-subdetectoren. De universele FELIX-adapter kan echter ook in andere CERN-experimenten als LHCb en ALICE worden gebruikt.
Nikhef verkent momenteel de oprichting van een werkgroep voor gegevensverzameling in de komende jaren, om expertise te bundelen en een DAQ-toolbox samen te stellen voor alle versneller-experimenten van Nikhef.
De zondvloed aan meetgegevens uit de HiLumi LHC doet ook een zwaar beroep op de computersystemen en netwerken, waarmee de data worden vastgelegd en gedistribueerd in de onderzoekswereld. In deel 5 van deze zomerserie meer over de inspanningen op ICT-gebied bij Nikhef.
Volgende week: Computers en netwerken die HiLumi LHC kunnen bijbenen
