Jan KRÓLIKOWSKI, Marek KOWALSKI, Mariusz SAPIŃSKI i Mariusz WITEK

 

ZESPOŁY POLSKIE W EKSPERYMENTACH PRZYGOTOWYWANYCH DLA ZDERZACZA LHC

 

Program doświadczalny, który będzie realizowany w eksperymentach przy budowanym obecnie w CERN-ie zderzaczu Large Hadron Collider (LHC), wyznaczy kierunek rozwoju fizyki cząstek w latach 2007 – 2015. Przy LHC budowane są cztery układy detektorowe: ALICE, ATLAS, CMS i LHCb, każdy przez wielką kolaborację międzynarodową. W tych eksperymentach uczestniczą zespoły polskie. Niniejszy artykuł ma za zadanie zwięzłe przedstawienie programu naukowego i eksperymentów przy LHC oraz, na tym tle, dokonań i planów zespołów polskich

 

1.                Program naukowy LHC

1.1. Model Standardowy i poszukiwanie cząstek Higgsa

Precyzyjne dane doświadczalne z ostatnich 20 lat otrzymane m.in. w eksperymentach przy CERN-owskim akceleratorze LEP pokazały, że elektrosłaba część Modelu Standardowego (często nazywana także teorią Glashowa - Salama - Weinberga – GSW) jest bardzo dobrze zgodna z doświadczeniem.

Oddziaływania silne, opisywane w Modelu Standardowym przez Chromodynamikę Kwantową (QCD), są trudniejsze do opisu teoretycznego, przede wszystkim ze względu na trudności w ilościowym opisie zjawiska uwięzienia kwarków. Niemniej, tam gdzie jest to tylko możliwe dokonuje się sprawdzenia przewidywań QCD. Zgodność z doświadczeniem tych przewidywań perturbacyjnej QCD jest dobra.

Model Standardowy zawiera jeszcze jeden sektor, który pozostaje, mimo wytężonych wysiłków, niemal niesprawdzony. Jest to tzw. sektor Higgsa, a bardziej precyzyjnie sektor odpowiedzialny za spontaniczne złamanie elektrosłabej symetrii cechowania SU(2)´U(1) do obserwowanej przy niskich energiach symetrii cechowania elektrodynamiki kwantowej U(1)EM. W Modelu Standardowym oddziaływania cząstki Higgsa oraz spontaniczne łamanie symetrii w sektorze Higgsa powoduje powstanie mas innych cząstek – fermionów i bozonów pośredniczących Z i W.

Odkrycie cząstki / cząstek Higgsa lub zaobserwowanie innych przejawów spontanicznego łamania symetrii cechowania byłoby ostatecznym potwierdzeniem poprawności Modelu Standardowego. Dlatego poszukiwania cząstki Higgsa będą jednym z głównych elementów programu naukowego LHC.

1.2. Poza Model Standardowy, Supersymetria

Model Standardowy, nawet po odkryciu cząstek Higgsa nie będzie zamkniętą, ostateczną teorią fizyczną. Wszystkie istniejące dane doświadczalne są zgodne z jego przewidywaniami. Istnieją jednak argumenty teoretyczne za istnieniem głębszej teorii przy wyższych energiach unifikujących oddziaływania elektrosłabe i silne, a czasami także grawitacyjne. Teoretycy opracowali, mniej lub bardziej szczegółowo, kilka klas takich rozszerzonych teorii. Ponieważ są to często teorie pełne niewiadomych, nie prowadzące do precyzyjnych przewidywań nazywa się je czasami scenariuszami. Zadaniem eksperymentu jest poszukiwanie sygnałów przemawiających za takimi scenariuszami i usuwanie niewiadomych prowadzące do zamiany scenariuszy na teorie Tę działalność często nazywa się Poza Model Standardowy (PMS, ang. Beyond the Standard Model).

Cechą wspólną niemal wszystkich scenariuszy wykraczających poza Model Standardowy jest pojawianie się w nich nowych ciężkich cząstek. Wśród scenariuszy szczególną rolę odgrywają modele supersymetryczne (SUSY), a wśród tej klasy modeli Minimalny Supersymetryczny Model Standardowy (MSSM). Są to modele, w których możliwe są precyzyjne przewidywania,
 a więc dopuszczające falsyfikację.

Jedną z ważnych cech przewidywań MSSM jest możliwość pojawienia się, supersymetrycznych partnerów znanych obecnie cząstek. Prowadzi to do podwojenia liczby cząstek. MSSM dopuszcza masy superpartnerów w zakresie dostępnym w eksperymentach przy LHC tj. od 100 do 10000 GeV/c2, co znaczy, że wiele jego przewidywań będzie sprawdzalne w LHC.

Poszukiwania PMS jest istotnym składnikiem programu naukowego LHC. Poszukiwania sygnałów PMS mogą odbywać się na dwóch drogach:

 Poprzez bezpośrednie poszukiwania nowych cząstek lub innych zjawisk niezgodnych z MS. Jest to możliwe, jeżeli te zjawiska będą występować we wspomnianym powyżej zakresie mas czy energii dostępnych w LHC. Rzadkie procesy, w których będą produkowane ciężkie cząstki to tzw. procesy twarde

Poprzez obserwację odstępstw od MS takich jak poprawki radiacyjne związane z nowymi cząstkami. Efekty tego typu są słabsze i wymagają bardziej precyzyjnych eksperymentów, ale mogą być czułe na dużo cięższe nowe cząstki, nawet takie, których bezpośrednie zaobserwowanie w LHC nie będzie kinematycznie możliwe. Typowym przykładem takich badań jest badanie łamania symetrii kombinowanej CP.

1.3. Zderzenia ciężkich jonów i poszukiwanie Plazmy Kwarkowo- Gluonowej (QGP)

Badania zderzeń ciężkich jąder o relatywistycznych energiach są prowadzone od ponad 30 lat. Głównym celem jest zbadanie zachowania materii jądrowej w ekstremalnych warunkach (wysokie energie i wielkie gęstości) niedostępnych w występujących w przyrodzie jądrach atomowych.

Jedną z hipotez, którą staramy się zweryfikować doświadczalnie jest pojawianie się plazmy kwarkowo- gluonowej – nowego stanu skupienia materii. Mimo zwiększenia energii zderzeń w układzie środka masy jądro - jądro do 200 GeV (akcelerator RHIC w Brookhaven) oraz stosowania coraz cięższych jąder (zderzenia złoto- złoto w RHIC czy ołów- ołów w CERN-ie) nie udało się odkryć w pełni jednoznacznych sygnatur występowania plazmy.

 Możliwość wykorzystania zderzacza LHC do przyspieszania i akumulacji ciężkich jąder o energii kilku TeV na nukleon jest więc niesłychanie atrakcyjna.

 

2.                Zderzacz LHC i budowane przy nim eksperymenty

 

Zderzacz Large Hadron Collider ( LHC) jest budowany w tunelu LEP o obwodzie ok. 27 km. Będzie to zderzacz proton- proton (oraz jądro- jądro) przyspieszający i utrzymujący wiązki cząstek o tych samych znakach ładunku, co wymaga dwóch pierścieni akumulujących
 o przeciwnych zwrotach pola magnetycznego. Nadprzewodzące magnesy dipolowe będą miały konstrukcję dwa-w-jednym: w jednym kriostacie i obudowie mechanicznej będą umieszczone dwie cewki o przeciwnych zwrotach pola.

Realizacja programu naukowego opisanego w Cz.1 wymaga możliwie wysokich energii w układzie środka masy. Procesy produkcji masywnych cząstek takich jak cząstki Higgsa czy supersymetryczne są rzadkie (przekroje czynne rzędu fb/pb), co narzuca wymagania wysokiej świetlności akceleratora (1.6´1034 cm-2s-1,, zderzenia paczek protonów co 25 ns) oraz efektywnego układu wyzwalania (trygera). W LHC będziemy mieli 109 zderzeń pp na sekundę. Przypadki ciekawe fizycznie, będące kandydatami na procesy opisane w Cz. 1.1 ‑ 1.2 to najwyżej kilkadziesiąt z nich. Resztę „nieinteresujących” przypadków trzeba będzie odrzucić za pomocą systemów wyzwalania.

LHC będzie przyspieszał protony do energii 7 TeV, zaś jądra Pb do energii 2.75 TeV na nukleon. Energie w środku masy będą więc 14 i 5.5 TeV. Są to maksymalne energie, które daje się osiągnąć w zderzaczu o tym obwodzie (27 km w tunelu LEP) posługując się nadprzewodzącymi magnesami dipolowymi z dobrze znanego nadprzewodnika NbTi.

Przy LHC budowane są 4 układy detektorowe: ALICE, ATLAS, CMS i LHCb:

Dwa z nich, ATLAS (Cz. 4) i CMS (Cz. 5), są detektorami ogólnego przeznaczenia, optymalizowanymi do zrealizowania bezpośrednich poszukiwań nowych zjawisk w zderzeniach pp wspomnianych powyżej. Detektory te będą także mogły badać niektóre aspekty zderzeń ciężkich jonów.

ALICE (Cz. 6) jest układem detektorowym przeznaczonym do badania zderzeń ciężkich jonów.

LHCb (Cz. 7) jest dedykowanym spektrometrem jednoramiennym przeznaczonym do badania łamania symetrii CP w sektorze kwarków b, wykorzystującym fakt, że LHC będzie bardzo obfitym źródłem B0d i B0s.

Układy detekcyjne i wkład w ich budowę wnoszony przez polskie zespoły zostały bardziej szczegółowo omówione w Cz. 4- 7. Najpierw zostały omówione dwa eksperymenty z użyciem układów detektorowych ogólnego przeznaczenia - ATLAS i CMS (zwane dalej krótko „eksperymenty ATLAS i CMS”). Wyspecjalizowane układy detekcyjne: ‑ ALICE do badania zderzeń ciężkich jonów i LHCb do badania łamania symetrii kombinowanej CP w sektorze kwarków b ‑  są przedstawione w następnych dwóch częściach.

Zapewnienie odpowiednich mocy obliczeniowych dla eksperymentów LHC wymaga specjalnych działań, które są pokrótce opisane w Cz.8.

 

3.                ATLAS i CMS - dwa różne detektory ogólnego przeznaczenia

 

Najważniejsza część programu naukowego LHC będzie realizowana przez ATLAS i CMS.

Ze względu na wagę oczekiwanych  wyników postanowiono zbudować dwa uzupełniające się układy detekcyjne oparte o inne technologie i optymalizowane do detekcji innych obiektów.

Jak już pisaliśmy, program naukowy LHC realizowany przez ATLAS i CMS to w dużym stopniu poszukiwanie nieznanych sygnałów w procesach twardych. Jak jednak wyłowić bardzo rzadkie procesy twarde wśród morza innych? Kluczem jest poszukiwanie charakterystycznych sygnatur tych procesów: leptonów (elektronów i/lub mionów) i kwantów gamma o dużych pędach poprzecznych, pęków (jetów) hadronów o dużych energiach, przypadków o dużych brakujących energiach sygnalizujących np. uciekające neutrina. Okazuje się, że dość trudno zbudować jest układ detekcyjny, który mierzyłby wszystkie wspomniane sygnatury jednakowo dobrze w całym ciekawym zakresie pędów i energii. Przy budowie układów detekcyjnych dokonuje się więc pewnej optymalizacji projektu, preferując pewne możliwości pomiarów nad innymi.

Układy ATLAS i CMS są przykładami odmiennych optymalizacji, w ich projektowaniu położono nacisk na odmienne sygnatury twardych procesów, starając się jednak o możliwie dużą uniwersalność.

Warto więc krótko podsumować zasady, którymi kierowały się zespoły ATLAS i CMS projektując swoje układy detekcyjne.

Głównymi założeniami projektu ATLAS są:

q       Najlepsza możliwa detekcja elektronów i kwantów gamma o wysokich energiach i dużych pędach poprzecznych.

q       Hermetyczna kalorymetria zapewniająca pomiar brakującej energii.

q       Optymalizacja spektrometru magnetycznego w obszarze pędów ok. 1 TeV.

Nieco upraszczając, układ detekcyjny ATLAS jest zoptymalizowany do badania twardych procesów z udziałem elektronów o wysokich energiach lub mionów o bardzo wysokich pędach.

Głównymi założeniami projektu CMS są:

q       Najlepsza możliwa detekcja mionów zoptymalizowana w obszarze ich pędów poprzecznych do 100- 200 GeV/c.

q       Hermetyczna kalorymetria.

q       Najlepsza możliwa detekcja elektronów i kwantów gamma, zgodna z wymogami detekcji mionów.

Nieco upraszczając, układ detekcyjny CMS jest zoptymalizowany do badania twardych procesów z udziałem mionów o stosunkowo niskich pędach lub elektronów.

Oba układy detekcyjne będą w stanie zbadać cały wachlarz zagadnień zawartych w programie naukowym LHC, ale będą posługiwały się uzupełniającymi technikami.

 

4.                Eksperyment ATLAS

 

ATLAS - układ detektorowy wielokrotnie większy i bardziej skomplikowany niż największe i najbardziej zaawansowane dotychczasowe detektory, musi sprostać niezwykłym wymaganiom. W centralnym punkcie ATLAS-a, co 25 ns, będą zachodziły zderzenia paczek protonów. Produkty tych zderzeń, rozbiegające się na wszystkie strony, muszą być zmierzone jak najdokładniej w czasie wystarczająco krótkim, aby nie pomylić ich z produktami następnego zderzenia, które zachodzi, gdy jeszcze najszybsze nawet produkty poprzedniego nie zdołały opuścić detektora. Na dodatek, każda kolizja paczek protonów to średnio aż około 25 miękkich zderzeń (tzw. minimum bias events), wśród których, jeśli mamy szczęście, znajduje się interesujące fizycznie twarde oddziaływanie.

W każdej sekundzie, w ATLAS-ie zachodzić będzie około 40 milionów zderzeń paczek protonów, z których każde produkować będzie średnio 1400 cząstek. Poziom napromieniowania blisko punktu interakcji po 10-ciu latach pracy detektora osiąga 1015 neutronów/cm2 i podobną wartość dla cząstek naładowanych. Takie dawki wytrzymują jedynie najbardziej zaawansowane technologicznie urządzenia.

Informacje o cząstkach oddziałujących w detektorze zbierane są i przesyłane do wielostopniowych układów filtrujących zderzenia na podstawie zadanych kryteriów (układ wyzwalania, tryger) i zapisujących interesujące przypadki (Data Acquisition - DAQ). Odczytać trzeba około 200 milionów kanałów elektronicznej rejestracji danych i,jeśli zawierają one informacje różne od zera, przesłać do komputerów na zewnątrz detektora. Liczba zapisywanych zderzeń uznanych za interesujące to już tylko 100 na sekundę, ale to i tak odpowiada około 200 MB danych na sekundę. Ogromna moc obliczeniowa potrzebna jest do filtrowania i zanalizowania danych, i ogromna przestrzeń dyskowa do ich przechowywania. To sprawiło, że powstał projekt światowej sieci  GRID dla fizyki, pozwalającego na wykorzystanie rozproszonych zasobów komputerowych dla eksperymentów LHC.

4.1. Historia

Pierwsze pomysły wybudowania zderzacza hadronowego bardzo wysokiej energii pochodzą z czasów, gdy budowano LEP, czyli z początku lat 80-tych. Jeden z pierwszych warsztatów roboczych na temat LHC odbył się w CERN-ie w 1984 roku [1].

W 1987 roku rozpoczęto w CERN-ie pierwsze prace studyjne nad detektorami do LHC, które kontynuowano w programie DRDC (Detector Research and Development Committee). Idee krystalizowały się i podczas warsztatów roboczych Akwizgranie (1990) [2] i  Evian (1992) [3] gdzie przedstawiono wiele pomysłów detektorów. Peter Jenni, obecny "spokesperson" ATLAS-a, prezentował tam idee detektora nazywanego EAGLE, który był "wyważonym podejściem do pomiarów elektronów, gamm, mionów, dżetów i traconej energii poprzecznej przy wysokiej świetlności" [3]. Ten projekt, zawierający także propozycję szczegółowych R&D, połączył się z projektem nazwanym ASCOT i otrzymał nazwą ATLAS. Już na jesieni 1992 powstał dokument zatytułowany "ATLAS Letter of Intent" [5]. Wśród jego autorów znajdują się grupy fizyków z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN i z Wydziału Fizyki i Techniki Jądrowej AGH w Krakowie[1]. Projekt techniczny eksperymentu ATLAS [6] został opracowany w 1994 roku i w tymże roku, po uzyskaniu pozytywnych opinii Komitetu LHCC, został zatwierdzony do realizacji przez dyrekcję CERN-u.

Obecnie, w połowie 2004 roku, konstrukcja ATLAS-a jest zaawansowana. Gotowe są główne elementy konstrukcyjne, cewki magnesów nadprzewodzących i duże fragmenty detektorów, np. kalorymetru elektromagnetycznego, który w kwietniu tego roku zamknięty został w kriostacie. Wszystko wskazuje, że ATLAS rozpocznie prace w planowanym terminie, tj. w 2007 roku.

 

4.2. Układ detekcyjny (spektrometr) ATLAS

 

Cechą charakterystyczną układu detekcyjnego ATLAS jest ogromny toroidalny magnes zapewniający bardzo wysoką precyzję pomiaru pędu cząstek naładowanych (przede wszystkim mionów) o energiach rzędu 1 TeV (

Rys. 1). Centralna część detektora (tzw. Detektor Wewnętrzny - Inner Detector [7]) znajduje się także w polu magnetycznym wytworzonym przez nadprzewodzący magnes solenoidalny o indukcji 2T. Mierzące energię cząstek kalorymetry znajdują się poza polem magnetycznym.

Najbliżej punktu oddziaływania znajdują się krzemowe detektory półprzewodnikowe: najpierw "mozaikowe" a później paskowe.

Pierwsza z trzech warstw detektora mozaikowego znajduje się już 5 cm od miejsca zderzeń protonów, a dwie następne są w odległości odpowiednio 9 i 12 cm. Detektor mozaikowy posiada około 140 milionów kanałów odczytu i zapewnia bardzo dobrą rozdzielczość w pomiarze wierzchołka oddziaływania i parametru zderzenia. Trudne warunki radiacyjne tak blisko punktu oddziaływania sprawiają, że detektor mozaikowy jest zaprojektowany jako moduł wymienialny.

Kolejny detektor, krzemowy detektor paskowy (SCT - SemiConductor Tracker) jest zaprojektowany tak, aby zapewnić 4 pomiary toru cząstki przez niego przechodzącej, przyczyniając się do pomiaru pędu, położenia wierzchołka i parametru zderzenia. Całkowita powierzchnia SCT to przeszło 55 m2, prawie 2 rzędy wielkości więcej niż detektory krzemowe eksperymentów LEP-u. Liczba kanałów odczytu to około 6.2 miliona.

Dalej od punktu oddziaływania, ciągle w obszarze Detektora Wewnętrznego, umieszczony jest Detektor Promieniowania Przejścia (Transition Radiation Tracker - TRT). Detektor ten, zbudowany z gazowych komór proporcjonalnych w kształcie słomek o średnicy 4 mm, wypełnia przestrzeń między SCT a kriostatem. TRT mierzy ślady cząstek, oraz dodatkowo, dzięki efektowi tzw. promieniowania przejścia, pozwala na odróżnianie lekkich cząstek naładowanych (elektrony) od hadronów.

 

 

 

Rys. 1. Detektor ATLAS. Kolorem szarym oznaczono zewnętrzny magnes toroidalny (Barrel and End Cap Toroids), niebieskim ‑ detektory mionów (Muon Detectors), czerwonym – kalorymetry hadronowe (Hadronic Calorimeters), zielonym ‑  kalorymetry elektromagnetyczne (Electromagnetic Calorimeters), żółtym – solenoid, wewnątrz którego znajduje się detektor wewnętrzny (Inner Detector).

 

Na zewnątrz detektorów śladów znajduje się kriostat z ciekłym argonem zawierający kalorymetr elektromagnetyczny. Absorberem w kalorymetrze jest ołów a elektrody są wykonane z warstw miedzianych naniesionych na kapton. Aby osiągnąć symetrię w kącie i hermetyczność kalorymetru, czyli zlikwidować możliwe szczeliny w pokryciu przestrzeni, zastosowano ciekawą geometrię elektrod nazywaną "accordion-shaped", z racji swego podobieństwa do akordeonu.

W tym samym kriostacie, wewnątrz kalorymetru, znajduje się nadprzewodzący centralny solenoid zapewniający silne pole magnetyczne (2 T) w detektorze wewnętrznym. Za kalorymetrem elektromagnetycznym znajduje się kalorymetr hadronowy z żelaznym absorberem poprzedzielanym płytkami scyntylatora. Ciekawe są konstrukcje kalorymetrów hadronowych w „denkach” (ang. end-caps), czyli fragmentach detektora zamykających go od strony wiązek, gdzie poziom radiacji wymaga zastosowania specjalnych technologii. Kalorymetr hadronowy w denku wykorzystuje miedź jako absorber i umieszczony jest w ciekłym argonie podobnie jak kalorymetr elektromagnetyczny, natomiast w tzw. Kalorymetrze do przodu (ang. Forward Calorimeter), umieszczonym blisko rury próżniowej i szczególnie narażonym na wysokie dawki promieniowania, stosuje się wolfram jako absorbent, uformowany w matryce z wydrążonymi okrągłymi otworami, w których umieszczone są elektrody.

Komory mionowe tworzą zewnętrzną warstwę ATLAS-a. Są to detektory gazowe zapewniające precyzyjne pomiary pędu mionów szczególnie ważne w kanałach takich jak "złoty kanał" w poszukiwaniu bozonu Higgsa: H®ZZ(*)®4 m. Z czterech rodzajów komór dwa służą systemowi wyzwalania detektora, a dwa pozostałe precyzyjnym pomiarom torów. Osiem nadprzewodzących magnesów toroidalnych wytwarza silne (4 T) pole magnetyczne w tej części detektora. Cały system mionowy zapewnia precyzyjne pomiary mionów niezależnie od detektora wewnętrznego, co pozwala na zbieranie interesujących danych nawet przy najwyższych świetlnościach, kiedy dane z Detektora Wewnętrznego mogą być trudne do analizy.

Rys. 2 Detektor Wewnętrzny eksperymentu ATLAS

 

4.3. Wkład  zespołów polskich

 

Polskie grupy z IFJ PAN oraz WFiTJ AGH uczestniczą aktywnie w przygotowywaniu programu fizycznego jak i w budowie detektora. Fizycy i inżynierowie z Krakowa skoncentrowali się na budowie elementów detektora wewnętrznego (SCT i TRT), przedstawionego na Rys. 2, oraz na systemie wysokiego poziomu wyzwalania detektora i akwizycji danych. Polskie firmy wybudowały mechaniczne podpory ATLAS-a, a projekt CrossGrid [31] pomaga w przygotowaniu infrastruktury do obróbki danych fizycznych.

4.3.1.                Wkład w przygotowanie programu fizycznego i analizy danych

           

ATLAS został zbudowany tak, aby mógł odkryć bozon Higgsa w zakresie masy od 100 GeV do 1 TeV. Oprócz poszukiwania bozonu Higgsa przewiduje się także przeprowadzenie wielu innych istotnych badań, jak poszukiwanie supersymetrii, dodatkowych wymiarów, fizykę B czy też fizykę zderzeń ciężkich jonów. Nie sposób opisać różnych symulacji Monte Carlo i przewidywań fizycznych wykonanych już w ramach eksperymentu, na całe lata przed pierwszymi danymi. Bardzo istotny jest tutaj wkład krakowskich fizyków, w szczególności E. Richter-Wąs  (IFJ PAN oraz UJ), twórcy powszechnie używanego pakietu do szybkiej symulacji detektora - ATLFAST oraz wieloletniej przewodniczącej grupy roboczej zajmującej się symulacjami poszukiwania bozonu Higgsa.

Ważnym tematem badanym w Krakowie jest identyfikacja dżetów zawierających kwark b przy pomocy miękkich leptonów, co było tematem prac doktorskich S. Jagielskiego (WFiTJ) [8] i A. Kaczmarskiej (IFJ PAN) [10]. Inna grupa fizyków z IFJ PAN w składzie: A. Olszewski, B. Wosiek, A. Trzupek i K. Woźniak bierze udział w przygotowywaniu programu badania zderzeń ciężkich jonów [4]. Wkład w przewidywanie potencjału ATLAS-a na odkrycie lekkiego bozonu Higgsa w kanale ttH, H ® bb wniósł M. Sapiński (IFJ PAN) [9].

4.3.2.                Detektor Wewnętrzny

 

Bardzo poważny wkład krakowskiego zespołu w projekt i budowę detektora ATLAS stanowią prace nad krzemowym mikropaskowym detektorem wewnętrznym (SCT – Semiconductor Tracker). Koncepcja detektora była rozwijana przez krakowskie zespoły z WFiTJ AGH pod kierownictwem W. Dąbrowskiego, oraz z IFJ PAN pod kierownictwem M. Turały w ramach programu badawczo-rozwojowego RD20. Prace tych zespołów[2] dotyczyły odpornych na promieniowanie krzemowych detektorów paskowych i wyspecjalizowanych układów scalonych front-end.

W początkowym okresie rozwijano dwie koncepcje elektroniki odczytu SCT: "amerykańską", wykorzystującą dwa niezależne obwody scalone i "europejską" (współpraca IFJ i WFiTJ Kraków, CERN i Rutherford Laboratory), wykorzystującą jeden układ wykonany w odpornej na promieniowanie technologii bi-CMOS (DMILL). Po wszechstronnych testach wielu prototypów okazało się, że koncepcja układu scalonego SCT128B zaprojektowanego przez W. Dąbrowskiego, J. Kapłona i R. Szczygła w technologii DMILL spełnia najlepiej założenia przyjęte w eksperymencie i zdecydowano, iż ona będzie stanowiła podstawę do opracowania ostatecznej wersji układu scalonego ABCD3TA. Projekt zaawansowanego systemu do testowania układów scalonych jest również w głównej mierze dziełem członków krakowskiego zespołu, W. Białasa, J. Kapłona i R. Szczygła.

Obecnie w laboratorium WFiTJ AGH członkowie obu krakowskich zespołów prowadzą testy akceptacyjne układów hybrydowych, stanowiących elementy modułów detektora SCT, budowane w Uniwersytecie Genewskim i badane w CERN-ie.

Drugim bardzo istotnym wkładem krakowskiego laboratorium w budowę detektora wewnętrznego był wieloletni program rozwijania projektu zasilaczy HV (wysokiego napięcia) uwzględniającego specyficzne wymagania SCT spowodowane przede wszystkim efektami radiacyjnymi w krzemowych detektorach paskowych. Projekt, wykonanie i testy prototypów prowadzono w zespole złożonym z pracowników IFJ i WFTJ AGH (E. Górnicki, S. Koperny, P. Malecki, B. Madeyski, E. Stanecka). Powstał wielki system ponad 4000 niezależnych, galwanicznie izolowanych zasilaczy sterowany tysiącami mikrokontrolerów, który jest obecnie produkowany przez polską firmę FIDELTRONIK w Suchej Beskidzkiej. Ten system zasilaczy wysokiego napięcia wchodzi w skład większego systemu, obejmującego zasilanie elektroniki odczytu i transmisji danych detektora SCT. Układy sterowania i oprogramowanie tego złożonego systemu są również dziełem tego krakowskiego zespołu.

Grupa z IFJ PAN[3] i WFiTJ AGH[4], pod kierownictwem Z. Hajduka, jest odpowiedzialna za projekt, uruchomienie i integrację z systemem centralnym eksperymentu ATLAS Układu Kontroli i Monitorowania Detektora (Detector Control System - DCS), oraz specyficzny dla TRT - System Stabilizacji Wzmocnienia Gazowego [11]. Systemy te są budowane z zastosowaniem wszędzie, gdzie to tylko jest możliwe, komercyjnych elementów sprzętowych i oprogramowania, oraz standardów stosowanych w przemyśle. Aplikacje kontrolne budowane są w oparciu o komercyjny program narzędziowy - PVSS II, umożliwiający integrację rozproszonych na wielu komputerach obiektowych systemów kontrolnych i zapewniający jednolitą strukturę całego układu.

W detektorze TRT grupa krakowska wnosi również znaczący wkład w testowanie i wdrożenie do seryjnej produkcji scalonych regulatorów napięcia odpornych na promieniowanie (B Kisielewski, Z. Hajduk), na których opartych będzie wiele systemów zasilania elektroniki detektorów na LHC. Wreszcie istotny wkład w projekt scalonego układu odczytującego dla TRT - tzw. DTMROC w oparciu o odporną na promieniowanie technologię DSM (Deep SubMicron) wniósł R. Szczygieł z IFJ PAN.

 

4.3.3.                Systemy wyzwalania i  akwizycji danych (DAQ)

Istotne znaczenie dla kolaboracji ATLAS ma projektowanie i modelowanie systemu wyzwalania i akwizycji danych, czym zajmują się K. Korcyl, P. Golonka, W. Iwański
 i M.Żurek z IFJ PAN. Prace te obejmują badanie wydajności całego systemu w zależności od różnych konfiguracji sieci przełączającej, administrację klastra procesorów w CERN,
i
konstrukcje modułów szybkiej transmisji danych w oparciu o łącza optyczne i standard S-Link (FILAR) [12], [13].

 

Rys. 3 . Polska delegacja przed wykonanymi w Polsce podporami dla eksperymentu ATLAS

4.3.4.                Prace inżynieryjne

 

Krakowscy inżynierowie pełnią często ważne funkcje w strukturach ATLAS-a. I tak J. Godlewski (IFJ PAN) jest koordynatorem systemów gazowych i systemów chłodzenia w całym detektorze. J. Błocki zajmuje się projektowaniem wsporników pod kalorymetr i opracowaniem metod instalacji komór mionowych.

Wreszcie trzeba wspomnieć, iż inżynierowie J. Halik i J. Kotuła (IFJ PAN) wraz z CERN-em i polskim biurem konstrukcyjnym BIS zaprojektowali, a polska firma Budimex S.A., Mostostal Kraków, przy współpracy z Zakładami Mechanicznymi Huty im. T.Sendzimira wykonała podpory dla eksperymentu ATLAS (Rys. 3).

 

5.                Eksperyment CMS

 

Warunki, w których będzie działał eksperyment CMS są takie same jak warunki pracy ATLAS-a, które zostały już opisane na początku Cz. 4. Historia tworzenia się współpracy CMS jest podobna do opisanej historii ATLAS-a (Cz. 4.1). Nie będziemy więc tych informacji powtarzać.

Kamieniami milowymi na drodze krystalizowania się projektu CMS były dwie konferencje – warsztaty w Akwizgranie i Evian [2-3].

Warszawska Grupa CMS składa się z fizyków, inżynierów i techników z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego i Instytutu Problemów Jądrowych. Z tym zespołem bardzo blisko współpracuje grupa elektroniczna ELHEP z Wydz. Elektroniki i Informatyki Politechniki Warszawskiej. Od czasów warsztatów w Akwizgranie Grupa Warszawska zajmuje się zaprojektowaniem, przetestowaniem i budową szybkiego układu wyzwalania na miony opartego o detektory typu Resistive Plate Chambers (RPC) oraz wnosi swój wkład w przygotowywanie analizy i oprogramowania CMS.

5.1. Detektor Compact Muon Solenoid

Ogólny schemat detektora jest przedstawiony na Rys. 4. Jest to klasyczny układ oparty o solenoidalny magnes nadprzewodzący. Punkt oddziaływania wiązek otaczają warstwy detektorów od najlżejszych śladowych do kalorymetrów i detektorów mionów w jarzmie magnesu.

Detektor jest zbudowany dookoła cewki nadprzewodzącej o długości ok. 12 i średnicy wewnętrznej ok. 6 m wytwarzającej w środku jednorodne pole magnetyczne o indukcji 4T. Wewnątrz znajdują się śladowy detektor centralny TK, jednorodny kalorymetr elektromagnetyczny ze scyntylujących kryształów wolframianu ołowiu PbWO4 ‑ ECAL oraz kalorymetr hadronowy z mosiądzu przekładanego scyntylatorami ‑ HCAL. Na zewnątrz cewki znajdują się detektory mionów w jarzmie magnesu (indukcja magnetyczna wynosi tam 1.8 T) – MU, oraz kalorymetry dla małych kątów HF.

Rys. 4 Widok układu detekcyjnego CMS.

5.2. Wkład Grupy Warszawskiej w eksperyment CMS

Głównym zadaniem Grupy Warszawskiej[5] jest zaprojektowanie, przetestowanie i wybudowanie systemu szybkiej elektroniki wyzwalania na miony o dużych pędach poprzecznych wykorzystującego komory RPC. System ten został nazwany Pattern Comparator Trigger (PACT). Grupa Warszawska współpracuje z zespołami naukowymi z Politechniki w Lappeenranta (Finlandia) i INFN w Bari (Włochy), kierując pracą całego zespołu.

 

5.2.1.                Wkład w przygotowanie programu fizycznego i analizy danych

Działalność Grupy Warszawskiej koncentruje się na poszukiwaniu sygnatur PMS.

Badanie możliwości doświadczalnego zaobserwowania cząstek supersymetrycznych w jednym ze scenariuszy spontanicznego łamania supersymetrii tzw. Gauge Mediated Supersymmetry Breaking (GSMB) stanowiło temat ukończonej w 2004 pracy doktorskiej Małgorzaty Kazany [16]. Dwa ważne wyniki otrzymane w tej pracy to:

Zaproponowanie metody wykorzystania komór dryfowych – precyzyjnych detektorów torów mionów w beczce CMS – jako liczników czasu przelotu do identyfikowania ciężkich, długożyciowych cząstek naładowanych (takich jak np., stau przewidywane w modelach GSMB).

Zaproponowanie metody wykorzystania kalorymetru elektromagnetycznego CMS do identyfikacji i pomiaru energii rozpadów ciężkich, długożyciowych cząstek neutralnych (takich jak np. neutralina przewidywane w modelach GSMB).

Badaniem możliwości detekcji w CMS ciężkich rezonansów typu Kaluzy- Kleina przewidywanych w modnych obecnie modelach o większej niż 4 liczbie wymiarów czasoprzestrzeni zajmują się P. Traczyk i G. Wrochna.

Poszukiwaniem sygnatur anomalnych sprzężeń bozonów pośredniczących stanowiących sygnaturę mechanizmów spontanicznego łamania symetrii cechowania MS alternatywnych do mechanizmu Higgsa zajmują się K. Doroba i P. Zych.

Badaniem możliwości detekcji rozpadu cząstek Higgsa na pary t+ t- z wykorzystaniem mozaikowego detektora wierzchołka zajmują się A. Kalinowski i M. Konecki.

Pionierską pracę poświęconą możliwościom badania łamania CP w rozpadach B0 ukończył w 1997 M. Konecki [17]. W pracy tej podano m.in. oryginalną metodę obliczania poprawek tzw. czynnika rozrzedzenia posługując się kanałami kontrolnymi – rozpadami naładowanych mezonów B.

Fizycy warszawscy wnoszą wkład w tworzenie oprogramowania powszechnej użyteczności CMS. P. Zych odpowiada za opis trygera RPC w programie OSCAR (OO program symulacji CMS), podczas gdy A. Kalinowski i M. Konecki byli odpowiedzialni za to samo w programie CMSSIM (Fortranowskiej wersji symulacji CMS) oraz ORCA (OO program rekonstrukcji CMS).

5.2.2.                Pomiar punch- through. Eksperyment RD5

Opracowanie algorytmów systemu wyzwalania na miony opartego o komory RPC wymaga dobrego zrozumienia mechanizmów tworzenia się mionów w oddziaływaniach pp oraz procesów fizycznych zachodzących w trakcie przechodzenia mionów przez detektor CMS, znajomości narzędzi symulacyjnych, wreszcie możliwości realizacji tych algorytmów przez nowoczesną elektronikę.

Wśród procesów fizycznych zachodzących w detektorze na szczególną uwagę zasługuje przebijanie się resztek kaskad hadronowych poprzez kalorymetry do detektorów mionów (ang. punch- through). Takie resztki kaskad mogą udawać tory mionów wprowadzając różnorakie obciążenia i zafałszowania w procesie wyzwalania. Przed 1991r. – początkiem projektowania CMS ‑  proces punch- through nie był dostatecznie dobrze zbadany, tak więc nie można było opierać się w procesie projektowania na godnych zaufania symulacjach. Dlatego w ramach CERN-owskich eksperymentów R+D zaaprobowano doświadczalny pomiar tej wielkości w warunkach zbliżonych do CMS. Był to eksperyment RD5, a zespół warszawski był jego aktywnym uczestnikiem [18]. Dane zebrane w tym eksperymencie były podstawą symulacji systemu wyzwalania [19-20].

 

5.2.3.                Opracowanie algorytmów systemu wyzwalania na miony PACT oraz zaprojektowanie systemu wyzwalania

 

Algorytm systemu wyzwalania zaproponowany przez Grupę Warszawską polega na porównaniu zestawu sygnałów z 4-6 warstw komór RPC z wzorcami takich sygnałów pochodzących od mionów o określonych pędach (Rys. 5). Główne problemy techniczne, które trzeba było rozwiązać to:

Stworzenie szybkiego algorytmu, co wymaga równoległego porównywania aktualnego zestawu sygnałów z wieloma wzorcami. Algorytm powinien być dostosowany do wybranego procesora trygera PAC.

Zapewnienia dużej liczby połączeń; sygnał z określonego paska RPC może być potrzebny w podejmowaniu decyzji trygera w kilku obszarach detektora, obsługiwanych przez różne procesory. Wymagało to stworzenia skomplikowanego systemu łącz optycznych.

Zapewnienia możliwie dużej efektywności wyzwalania jednocześnie z efektywną redukcją przypadkowych koincydencji pochodzących od szumu RPC i tła neutronowego.

Zapewnienia synchronizacji czasowej sygnałów z RPC prowadzącej do jednoznacznego zidentyfikowania przecięcia wiązek, z którego pochodził mion.

 

Rys. 5. Idea trygera PACT. Na lewym rysunku widzimy tor mionu, który przecina 4 płaszczyzny RPC, sygnały pojawiają się na paskach odczytu na katodach komór. Po prawej stronie widzimy zasadę działania procesora trygera PAC. Aktualny wzór sygnałów z RPC jest równolegle porównywany z wieloma zaprogramowanymi wzorcami, następnie wybierany jest wzorzec o najwyższym nominalnym pędzie i ten pęd jest przypisywany torowi mionu. PAC realizuje koincydencję czasową sygnałów z różnych miejsc w przestrzeni. Procesor PAC, tak jak cała elektronika PACT, pracuje w systemie potokowym.

Algorytm procesora PAC był tworzony na początku pod kątem dedykowanego specjalnego obwodu ASIC wysokiej skali integracji. Procesory wykorzystywały sygnały z 4 płaszczyzn RPC. W latach 1997-2001 powstały dwie wersje takiego procesora[6]. Wersja druga PAC spełniała w pełni nasze wymagania i była gotowa do produkcji. Ten ASIC, wykonany w technologii 0.35 mm zawierał ok. 800 000 tranzystorów i miał powierzchnię ok. 80 mm2 krzemu. Był to więc duży i skomplikowany obwód scalony, podejmujący decyzję w 50 ns Rys. 6).

Rys. 6 Płyta testowa drugiego prototypu procesora PAC ASIC. Rysunek odzwierciedla fakt, że projektowanie nowoczesnej elektroniki w eksperymentach fizyki wysokich energii wymaga nie tylko projektowania obwodów scalonych, ale też zaprojektowania i wykonania dedykowanego środowiska testowego. Procesor PAC znajduje się na płytce nakładkowej po prawej stronie. Duży obwód scalony to ALTERA FPGA spełniający rolę kontrolera płytki testowej.

 

W 2001 CMS podjął jednak decyzję o zmianie strategii i przejściu na procesory typu FPGA[7] dostępne komercyjnie. Ogromny postęp w technikach FPGA sprawił, że rozwiązanie komercyjne stało się technicznie możliwe. Dodatkowym czynnikiem było stwierdzenie występowania dużego szumu w komorach RPC. Wyeliminowanie koincydencji przypadkowych wymagało użycia w trygerze większej liczby płaszczyzn RPC, a ASIC o tak dużej liczbie wejść stawał się jeszcze bardziej skomplikowany. Wybór FPGA jest niewątpliwie bezpieczniejszy, gdyż ryzyko produkcji dużego obwodu typu ASIC jest znaczne, a uzysk w produkcji niepewny. Podjęcie tej decyzji było możliwe dzięki wykonaniu przez Grupę Warszawską dokładnych symulacji VHDL zachowania się procesorów PAC w wersji FPGA.

5.2.4.                Projekt i testy elektroniki systemu PACT

System elektroniki PACT został zaprojektowany dwukrotnie:

Przed 2001r. projekt systemu i jego testy dotyczyły wersji z procesorem PAC ASIC, która realizowała algorytm oparty o sygnały z 3 lub 4 płaszczyzn RPC [22].

Po 2001r. projekt systemu oparty był procesory PAC FPGA, które realizowały algorytm oparty o 5 lub 6 płaszczyzn w beczce CMS i 3 lub 4 płaszczyzny w denkach detektora CMS.

Rys. 7. Schemat blokowy elektroniki PACT. Po lewej elektronika na obrzeżach detektora CMS –  kasety i płyty systemu łącz optycznych, po prawej ‑  elektronika w hali elektronicznej: kasety trygera i sortera z odpowiednimi płytami. Na rysunku podane są liczby płyt różnych typów oraz rodzaje połączeń między nimi.

Schemat elektroniki PACT w obecnej ostatecznej wersji jest pokazany na 

Rys. 7. Cały ten system został zaprojektowany przez Grupę Warszawską, która ponadto zaprojektowała i przetestowała system połączeń optycznych we współpracy z zespołami z Helsinek i Lappeenranta (Finlandia), które będą ten system produkować i uruchamiać. Grupa z INFN Bari jest odpowiedzialna za zbudowanie ostatniego stopnia sortowania.

Newralgiczny system połączeń miedzy RPC i płytami elektroniki trygera zapewnia system łącz optycznych (Link System). Na podstawowych kartach tego systemu tzw. Link Board (LB), znajdujących się na detektorze CMS, a więc w obecności promieniowania, dokonuje się synchronizacja danych z RPC z zegarem akceleratora LHC poprzez system TTC[8]. System ten jest obecnie w fazie przygotowywania do produkcji.

Elektronika PACT znajdująca się poza halą eksperymentalną to przede wszystkim płyty elektroniki decyzyjnej trygera (Trigger Boards), sortowania jego wyników oraz dokonania odczytu.

 

5.2.5.                Badania własności komór RPC       

Za budowę komór RPC dostarczających sygnału trygerowi PACT odpowiedzialne są grupy z Bari, Pawii i Sofii (beczka) oraz Korei, Chin i Pakistanu. Grupa Warszawska zbudowała jednak kilka prototypów RPC oraz odegrała ważną rolę w przyjęciu technologii RPC opartej o bakelity o stosunkowo niskich oporach skrośnych (109 – 1010 Wcm) [20]. Ważne wyniki otrzymali w tej dziedzinie M. Ćwiok (rozprawa doktorska [21]), M. Górski i W. Dominik.

 

6.                Eksperyment ALICE

 

6.1. Projekt LHC i eksperyment ALICE

Pomysł, aby w projektowanym Wielkim Zderzaczu Hadronowym (LHC) w Europejskim Centrum Badań Jądrowych (CERN) w Genewie przyspieszać, oprócz protonów, również jądra atomowe pojawił się prawie równocześnie z ideą samego urządzenia. Przedstawiono go na warsztatach poświęconych budowie LHC w Akwizgranie w 1990 roku, gdzie wzbudził zainteresowanie fizyków uczestniczących w programie badań zderzeń relatywistycznych ciężkich jonów w CERN.

Po warsztatach w Akwizgranie coraz więcej grup fizyków zaczęło wykazywać zainteresowanie badaniem zderzeń jąder atomowych na LHC. W roku 1992, w Evian, we Francji, odbyły się następne warsztaty poświęcone fizyce na LHC, na których zaproponowano skonstruowanie detektora, który mógłby służyć do tego celu. Pomysł przyjęto z zainteresowaniem i zaproponowano przygotowanie tzw. Listu Intencyjnego (Letter of Intent), przedstawiającego program badań, pomysł detektora, wyniki symulacji oraz sposoby finansowania projektu. Pod słowem "detektor" rozumie się tutaj zespół detektorów, stanowiących jedną całość i uzupełniających się wzajemnie. W dalszej części artykułu słowo "detektor" będzie oznaczało takie właśnie elementy składowe.

Jak już wspomniano, pierwszym zadaniem współpracy, która przyjęła nazwę ALICE od A Large Ion Collider Experiment, było przygotowanie Listu Intencyjnego. Stosunkowo szybko okazało się, że wyzwania stojące przed ALICE są ogromne. Wiedza na temat fizyki zderzeń jądrowych przy tak wysokich energiach była skromna. Przykładowo przewidywania teoretyczne na liczbę cząstek wyprodukowanych w takich zderzeniach zawierały się w szerokim przedziale od ok. 20000 do ok. 80000. Praktycznie nie istniało odpowiednie oprogramowanie komputerowe; istniejące do tej pory okazało się niewystarczające. Tak więc, równolegle z projektowaniem detektorów i przeprowadzaniem symulacji fizycznych, należało stworzyć adekwatne oprogramowanie. Polskie grupy aktywnie uczestniczyły we wszystkich tych pracach, zwłaszcza w pracach na oprogramowaniem, tworząc pierwsze programy symulacji detektorów i rekonstrukcji torów wyprodukowanych cząstek. Efektem prac kilkudziesięciu fizyków z różnych krajów, w tym również z Polski, był przedstawiony w marcu 1993 roku Radzie LHC List Intencyjny [23]. Zawierał on program fizyczny, opis detektora i jego podstawowe parametry oraz wyniki symulacji. List został pozytywnie oceniony przez recenzentów i zatwierdzony w tym samym roku. ALICE zaproponowano teraz przygotowanie kolejnego dokumentu – Projektu Technicznego (Technical Proposal).  Dokument ten miał zawierać dokładniejszy niż List Intencyjny opis programu fizycznego. Również opisy poszczególnych detektorów miały być bardziej szczegółowe i zawierać wyniki uzyskane podczas realizacji programów badawczo-rozwojowych, tzw. R&D.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Rys. 8. Schemat eksperymentu ALICE. Opisywane w tekście detektory TPC i PHOS oznaczone są odpowiednio numerami 3 i 7. Nr 9 i 13 to odpowiednio absorber i magnes dipolowy spektrometru mionowego. Sylwetki ludzi dają wyobrażenie o wielkości urządzenia.

 

Projekt Techniczny został przedstawiony Radzie LHC w 1995 roku [24] i zatwierdzony rok później, co pozwoliło rozpocząć pracę nad projektami technicznymi (tzw. TDR od Technical Design Report) dla poszczególnych detektorów. Oryginalny Projekt Techniczny został w późniejszym czasie uzupełniony o dodatkowe detektory, między innymi spektrometr mionowy i detektor promieniowania przejścia (TRD), niektóre z detektorów zostały też nieco zmodyfikowane, głównie z powodów finansowych. Ostatecznie eksperyment ALICE przyjął kształt jak na

 

 

Rys. 8. Całość ma charakterystyczny dla eksperymentów na wiązkach przeciwbieżnych układ cylindryczny, uzupełniony jednoramiennym spektrometrem mionowym (nr 10 na rysunku). Zasadniczymi elementami są: krzemowy detektor wierzchołka (1), komora projekcji czasowej (3), detektor promieniowania przejścia (4), liczniki czasu przelotu (5), pierścieniowe detektory Czerenkowa (6) i spektrometr fotonowy (7). Całość umieszczona jest wewnątrz magnesu (8).

 

6.2. Wkład zespołów polskich

Polscy fizycy biorą udział w badaniach zderzeń relatywistycznych jonów od samego początku tego programu. Było wiec naturalnym, że zaangażowali się w przygotowanie nowego projektu. W programie poszukiwania plazmy kwarkowo-gluonowej w CERN brało udział kilka polskich zespołów z IPJ w Warszawie i IFJ w Krakowie. Każdy z nich dołączył do detektora/projektu, z którym miał już pewne doświadczenie.

Oprócz fizyków z IPJ i IFJ znaczący wkład do programu fizycznego ALICE wniósł pracujący w tamtym czasie w SUBATECH w Nantes (Francja) prof. Jan Pluta, który zajmował się badaniem korelacji cząstek z małym pędem względnym.

Wkład grup polskich z Krakowa i Warszawy w budowę ALICE został ustalony w 1997. Nakłady w wysokości 1 mln. CHF zostały przeznaczone, w równych częściach, na zakup elementów elektroniki do TPC i kryształów PbWO4 dla PHOS.

W roku 1998 formalny akces do eksperymentu zgłosiła grupa z Politechniki Warszawskiej[9] kierowana przez prof. Plutę.

 

 

6.2.1.                Kalorymetr PHOS – wkład zespołu z IPJ

 

Kierowana przez prof. Teodora Siemiarczuka grupa fizyków z Instytutu Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana z Warszawy[10] dołączyła do spektrometru fotonowego PHOS [25]. PHOS jest kalorymetrem elektromagnetycznym o wysokiej granulacji (17280 kanałów). Głównym elementem detektora są kryształy PbWO4, emitujące błyski scyntylacyjne, wzmacniane następnie w fotopowielaczach i przetwarzane na sygnał cyfrowy.

Detektor został zoptymalizowany na rejestrację kwantów g w przedziale energii od 0.5 do 10 GeV, a co za tym idzie, mezonów  od 1 do 10 GeV i mezonów h od 2 do 10 GeV.

 

Celem fizycznym detektora PHOS jest badanie:

q       Pojedynczych fotonów bezpośrednich, zarówno termicznych, emitowanych przez gęstą i gorącą materię we wczesnej fazie zderzenia, jak i emitowanych w tzw. procesach twardych.

q       Par fotonów bezpośrednich

q       Mezonów  i h, co pozwoli na badanie ewolucji stanu hadronowego oraz obserwację ewentualnego odtworzenia tzw. symetrii chiralnej.

Grupa warszawska już wcześniej pracowała w eksperymencie opartym na podobnych detektorach, mogła więc wykorzystać swoje doświadczenie w nowym projekcie.

 

6.2.2.                Komora TPC – wkład zespołu z IFJ

 

Do innego z detektorów, tzw. komory projekcji czasowej (TPC) [26] dołączyła kierowana przez prof. Jerzego Bartke grupa z Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN z Krakowa[11]. Fizycy z Krakowa pracowali w eksperymencie używającym takiego właśnie detektora oraz przygotowywali inny eksperyment, również oparty na komorach projekcji czasowej. Komora projekcji czasowej jest detektorem gazowym, będącym połączeniem komory dryfowej, w której elektrony uwolnione przez naładowaną cząstkę w procesie jonizacji dryfują w jednorodnym polu elektrycznym, oraz komory proporcjonalnej, wzmacniającej sygnał, zamieniany następnie na sygnał cyfrowy. TPC, będąca cylindrem o długości i promieniu ok. 5 metrów i zawierająca ponad 700000 kanałów elektroniki jest głównym detektorem śladowym eksperymentu ALICE.

Pozwala ona na pomiar pędów cząstek w zakresie 100 MeV/c do kilkudziesięciu GeV/c oraz na ich identyfikację na podstawie strat energii na jonizację. Rekonstrukcja torów cząstek naładowanych zaczyna się właśnie w komorze projekcji czasowej, optymalizacja jej parametrów jest więc kluczowa dla całego eksperymentu.

Grupa krakowska brała udział w jednym z CERN-owskich programów R+D(RD 32), którego celem było opracowanie komory projekcji czasowej do pracy w warunkach dużej krotności produkowanych cząstek. W ramach tego programu przebadano między innymi różne rodzaje gazu roboczego komory, różne rozwiązania elektroniki odczytu i sposoby obróbki odczytywanego sygnału. Na bazie tych prac powstała rozprawa habilitacyjna M. Kowalskiego [27] .

 

6.2.3.                Wkład w program fizyczny, symulacje i oprogramowanie

 

Symulacje komputerowe ilustrujące charakterystyki detektorów PHOS i TPC są w dużej mierze autorstwa fizyków z Polski.

Po przyłączeniu się do ALICE w 1998 fizycy z PW początkowo pracowali dla potrzeb krzemowego detektora wierzchołka, tworząc oprogramowanie do symulacji i rekonstrukcji torów. Nieco później grupie tej zaproponowano opracowanie projektu tzw. konstrukcyjnej bazy danych. W roku 2003 projekt ten został zatwierdzony do wdrożenia. Fizycy z Politechniki Warszawskiej koordynują pracę nad jego implementacją w poszczególnych grupach detektorowych.

W chwili obecnej ALICE jest jedynym eksperymentem na LHC mającym zaawansowaną, działającą bazę danych. Poza tym grupa z PW odpowiada za system akwizycji danych i monitoringu jednego ze składników detektora wierzchołka, tzw. krzemowego detektora dryfowego.

W trakcie przygotowywania projektu Technicznego okazało się, że oprogramowanie używane do tej pory jest nieadekwatne dla potrzeb dużych eksperymentów na LHC. Dotyczyło to zarówno algorytmów, jak i samej filozofii. W latach 1997-1999 stworzono na bazie napisanego w CERN pakietu ROOT, oparte na języku C++, jednolite środowisko programistyczne, używane zarówno do symulacji, jak i analizy danych. Duży udział w tych pracach miały grupy polskie. Program do mikroskopowej symulacji TPC został opracowany przez zespół krakowski. Fizycy z Politechniki Warszawskiej są autorami pakietów do symulacji korelacji dwucząstkowych cząstek naładowanych w zderzeniach jąder atomowych. W IPJ opracowano program do symulacji korelacji w układzie dwóch i trzech kwantów g, a co za tym idzie, dwóch i trzech mezonów .

 

6.3. Testowanie prototypów

 

Po zatwierdzeniu poszczególnych Projektów Technicznych aktywność fizyków przesunęła się w kierunku testów poszczególnych elementów detektorów. W przypadku PHOS w roku 2002:

 

q       zmierzono poziom szumów generowanych przez nowe prototypy diod optycznych i przedwzmacniacze sygnałów oraz zbadano stabilność układu chłodzenia

q       wykonano względną kalibrację kryształów i kalibrację energetyczną modułu spektrometru jako całości

q       wyznaczono rozdzielczość energetyczną modułu

q       zbudowano układ doświadczalny  do pomiaru fotonów z rozpadu  w reakcji wymiany ładunku

                                                             

q       zainstalowano detektor VETO cząstek naładowanych na frontowym panelu modułu spektrometru, wyznaczono optymalną mieszankę gazową Ar-CO2 oraz napięcia zasilania detektora VETO

Rok 2003 to okres testów PHOS na wiązce z Synchrotronu Protonowego (PS) w CERN. Testy te miały na celu:

q       ostateczne sprawdzenie procedur kalibracyjnych

q       pomiary  i h przy różnych energiach

q       sprawdzenie prototypów elektroniki odczytu

q       Testy TPC przeprowadzono zarówno przy użyciu promieniowania kosmicznego (lato 2003 r.) jak i wiązek pionów i protonów z synchrotronu PS (maj 2004 r.). Główny nacisk położono na:

q       testy elektroniki odczytu, zwłaszcza modułu o nazwie ALTRO

q       parametry komory odczytu, zwłaszcza przestrzenne zdolności rozdzielcze i możliwości identyfikacji przy pomocy strat energii na jonizację.

q       porównanie rzeczywistych parametrów detektora z wartościami użytymi w programach symulacyjne

q       przetestowanie łańcucha: odczyt - systemu akwizycji danych (DAQ) – zapis na nośniku stałym (dysku)

q       wyznaczenie krzywej strat jonizacyjnych dla nowej mieszanki gazowej

Testy z roku 2003 zakończyły się sukcesem. W chwili obecnej (lipiec 2004) prowadzona jest analiza danych z testów z maja 2004 roku.

 

6.4. Konstrukcja detektorów

 

Na podstawie symulacji i wstępnych testów przygotowano bardziej szczegółowe projekty techniczne - tzw. TDR (Technical Design Report) [26]. Obecnie wszystkie detektory eksperymentu ALICE znajdują się w mniej lub bardziej zaawansowanej fazie konstrukcji. W przypadku PHOS trwa produkcja kryształów PbWO4, połączona z pomiarami ich własności i testami jakościowymi. Dla TPC zbudowano już korpus komory i większość proporcjonalnych komór odczytu. Na rok 2005 planowane jest rozpoczęcie ich montażu w detektorze.

 

6.5. Podsumowanie

 

Prace nad detektorami PHOS i TPC to nie jedyny wkład polskich fizyków do ALICE. W IPJ wykonywano również prace technologiczne i obliczenia elektromagnesu dipolowego dla potrzeb spektrometru mionowego. Do 2002 roku jednym z detektorów ALICE był kalorymetr elektromagnetyczny o nazwie CASTOR. Urządzenie to miało służyć do rejestracji przewidywanych przez teorię egzotycznych stanów materii, tzw. dziwadełek (ang. strangelets). Schemat tego detektora, wraz z modułem testowym, przedstawiono na Rys. 9.

 

 

Rys. 9. Schemat kalorymetru CASTOR.

 

W Krakowie wykonano szereg symulacji oraz analizę danych testowych z tego detektora. W roku 2002, głównie ze względu na problemy instalacyjne (konflikt z magnesami odchylającymi wiązkę), zdecydowano włączyć detektor CASTOR do eksperymentu CMS.

W pracach dla eksperymentu ALICE brali także udział inżynierowie z Politechniki Krakowskiej. Zaawansowane obliczenia mechaniczne dla elementów konstrukcyjnych takich jak absorber dla spektrometru mionowego, konstrukcja nośna detektorów centralnych (widoczna na Rys. 10), czy wewnętrzny korpus TPC ALICE wykonali inżynierowie z Politechniki Krakowskiej, mgr Leszek Barwacz, dr Jan Bielski i dr Adam Wróblewski.

 

Rys. 10. Konstrukcja nośna dla detektorów centralnych.

 

Udział polskich fizyków w nowoczesnym, dużym projekcie, o ciekawym programie fizycznym jest niezwykle istotny dla rozwoju badań podstawowych w dziedzinie wysokich energii w Polsce. Mimo niewielkich zasobów finansowych i kadrowych udało się nam nie tylko zdecydowanie zaznaczyć swoja obecność w projekcie, ale również wnieść istotny wkład do jego rozwoju, a w wielu przypadkach rola zespołów z Polski była wręcz wiodąca. Pozwala nam to nie tylko z optymizmem, ale i z pewną dumą oczekiwać pierwszych danych dostarczonych przez eksperyment ALICE.

7.                Eksperyment LHCb

 

Przyczyna obserwowanej we Wszechświecie asymetrii pomiędzy materią i antymaterią pozostaje ciągle zagadką. Łamanie symetrii przestrzenno-ładunkowej CP to jeden z najmniej zbadanych eksperymentalnie obszarów Modelu Standardowego, który może dostarczyć cennych danych na temat fizyki poza Modelem Standardowym przy bardzo dużych energiach (patrz Cz. 1.2). Zjawisko to jest bardzo subtelne i precyzyjne badania wymagają zaawansowanych technik detekcji krótko życiowych mezonów zawierających ciężki kwark b.

Detektor LHCb przedstawiony na Rys. 11. jest jednoramiennym spektrometrem do obserwacji produktów oddziaływań wiązek przeciwbieżnych pod stosunkowo małymi kątami w zakresie od 15 mrad do 300 mrad [28-29]. W tym obszarze spodziewana będzie ogromna liczba przypadków produkcji mezonów B i Bs, około 1012 w ciągu roku.

 

Rys. 11. Schemat budowy detektora LHCb

 

Z tego względu LHCb określany jest jako eksperyment drugiej generacji. Znakomita czułość eksperymentalna wraz z możliwością badania sektora mezonów Bs pozwoli na uzupełnienie i poprawę precyzji wyników pochodzących z obecnie działających eksperymentów i być może zaowocuje obserwacją nowych zjawisk prowadzących do łamania symetrii CP.

Środowisko oddziaływań hadronowych jest bardzo wymagające. Tylko w jednym na sto zderzeń nieelastycznych proton-proton produkowana jest para kwarków b. Dodatkowo spośród wszystkich wyprodukowanych mezonów B tylko około jeden na sto tysięcy rozpada się do typowego stanu końcowego nadającego się do badania łamania symetrii CP. Obserwacja niektórych interesujących rozpadów jest jeszcze trudniejsza, gdyż ich znikomy stosunek rozpadu, jeden na sto milionów, znajduje się na granicy czułości eksperymentalnej. Wybór właściwych przypadków z tak ogromnego tła realizowany jest za pomocą trzystopniowego systemu filtracji przypadków. O skali trudności może świadczyć fakt, że średni czas wykonania skomplikowanego algorytmu na farmie procesorów drugiego stopnia filtracji nie może przekroczyć jednej tysięcznej sekundy. Decyzja trzeciego stopnia filtracji, na którą składają się dedykowane algorytmy topologicznych selekcji konkretnych kanałów rozpadu musi być podjęta w czasie jednej setnej sekundy.

Prace nad projektowaniem poszczególnych części składowych aparatury zostały już zakończone. Obecnie detektor LHCb wszedł już w zaawansowaną fazę masowej produkcji poszczególnych elementów i ich montażu w miejscu docelowym.

Ważnym detektorem służącym do pomiaru torów cząstek naładowanych w obszarze za magnesem jest Detektor Zewnętrzny (zewnętrzna część detektorów śladowych T1,T2,T3 - Rys. 11). Detektor posiada budowę modułową. Typowy moduł składa się z 128 rurek (słomek) o długości od około 2.5 m do 5 m i średnicy 5 mm. W środku każdej słomki przeciągnięty jest drut o średnicy 25 mm stanowiący anodę komory dryfowej. Dwie warstwy słomek zamknięte są w szczelnym pudełku ze skomplikowanym doprowadzeniem gazu i wysokiego napięcia. Na Rys. 12 przedstawiony jest jeden z modułów w końcowej fazie montażu.

 

Rys. 12 Końcowa faza montażu modułu Detektora Zewnętrznego.

 

7.1. Wkład zespołów polskich w budowę Detektora Zewnętrznego

 

Duży wkład przy projektowaniu i budowie tego detektora mają dwa polskie ośrodki naukowe: Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie oraz Instytut Problemów Jądrowych w Warszawie.[12] Polskie ośrodki brały udział w projektowaniu prototypu modułu i opracowaniu techniki produkcji masowej [30]. Zespół krakowski odpowiedzialny jest za produkcję wszystkich paneli bocznych potrzebnych do konstrukcji modułów detektora. Panele te wykonane są w ultra-lekkiej technologii z zastosowaniem laminatu z włókien węglowych, folii kaptonowo-aluminiowej i pianki rohacelowej. Jedna z faz produkcji paneli przedstawiona jest na Rys. 13. Grupa krakowska wniosła wkład w rozwój elektroniki odczytu. Wykonany został prototyp koncentratora zbierającego osiem szeregowych kanałów w jedna równoległą linie pozwalająca na przesyłanie danych z żądaną prędkością około 60 MB/s. Protokół przesyłu wyposażony został w pełną obsługę błędów i testy poprawności danych. Wspomnieć należałoby także wkład polskich fizyków w rozwój oprogramowania eksperymentalnego zarówno dla systemu filtracji jak i analizy danych w różnych stadiach przetwarzania.

 

Rys. 13 Stanowisko do masowej produkcji paneli dla Detektora Zewnętrznego w IFJ w Krakowie.

 

Grupa warszawska buduje ok. 1/4 modułów dryfowych komór słomkowych. Pozostałe moduły budowane będą w Amsterdamie (NIKHEF) i Heidelbergu. Jedno ze stanowisk do masowej produkcji przedstawione jest na Rys. 14.

 

Rys. 14 . Stanowisko do masowej produkcji modułów Detektora Zewnętrznego w IPJ w Warszawie.

 

Zespół warszawski zaangażowany jest także w prace nad systemem elektronicznym „Timing and Fast Control” (TFC). Zadaniem układu TFC jest przekazywanie informacji o czasie mierzonym zegarem z akceleratora LHC do elektroniki odczytu wszystkich detektorów w eksperymencie w celu kontroli synchronizacji odczytu danych z odpowiednimi przecięciami wiązek protonowych. Przesyłane są również informacje o decyzji układu wyzwalającego (filtracji przypadków). Jest to jeden z najważniejszych układów w systemie zbierania danych. W Warszawie zaprojektowano i wykonano prototypową wersję kluczowego elementu systemu TFC (karta „Readout Supervisor”). Po przetestowaniu działania tej karty w połączeniu z rzeczywistymi elementami elektroniki odczytu danych została wykonana druga, ostateczna wersja. Przy realizacji tego zadania grupa warszawska współpracuje z grupą fizyków i elektroników z CERN-u.

Budowa detektora przebiega zgodnie z harmonogramem i wszystko wskazuje na to, że aparatura pomiarowa będzie gotowa na czas w roku 2007.

 

8.                Zagadnienia obliczeniowe eksperymentów przy LHC

 

Przechowywanie i analiza danych z eksperymentów przy LHC wymaga ogromnych ilości przestrzeni dyskowych oraz mocy obliczeniowej. Od początku było jasne, że żadne największe nawet centrum obliczeniowe nie podoła zadaniu, dlatego też od lat pracuje się nad stworzeniem systemu, który pozwoliłby skutecznie obrabiać dane. System ten nazywany jest LCG (LHC Computing Grid). Wielce pomocnym w tworzeniu lokalnej infrastruktury obliczeniowej okazał się europejski projekt CrossGrid [31] kierowany przez M. Turałę z IFJ PAN i ACK Cyfronet, w którym uczestniczą fizycy z IFJ PAN i WFiTJ AGH[13], z IPJ i IFD UW[14] oraz informatycy z ACK Cyfronet i ICM Uniwersytetu Warszawskiego. Ambitnym zamierzeniem IFJ w ramach projektu jest stworzenie farmy komputerowej, która będzie służyła do filtracji danych w systemie wstępnej selekcji danych ATLAS-a (tzw. Event Filter). Podobna farma powstaje w Warszawie w ICM. Będzie wykorzystywana przez Warszawską Grupę CMS. Wykonano już wiele testów przepustowości łącza, a farma komputerowa zainstalowana w ACK Cyfronet była też wykorzystana dla obliczeń symulacyjnych Monte Carlo, w ramach programu tzw. Data Challenges ATLAS-a.

W ALICE stworzono oparty na filozofii Open Source  pakiet ALIEN umożliwiający wykorzystanie rozproszonej mocy obliczeniowej. W chwili obecnej system używany przez ALICE obejmuje ok. 30 ośrodków, w tym również Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet w Krakowie.

Zamiast podsumowania

 

Polskie zespoły naukowe wnoszą ważny i doceniany wkład w program LHC. Jest to najlepsze wykorzystanie wspólnego laboratorium naukowego, jakim jest CERN. Mamy nadzieję, że program naukowy LHC, stanowiący podstawę działalności CERN-u do 2015 roku doprowadzi do wielkich odkryć naukowych. Czego CERN-owi i sobie życzymy.


Bibliografia

 

1.      Proceedings of ECFA-CERN Workshop on Large Hadron Collider in the LEP Tunnel, CERN, 21-27 March 1984, CERN Report 84-10

  1. Proceedings of the ECFA-CERN LHC Workshop, Aachen, 4-9.10.1990, vol. I, II, CERN Report 90-10

3.      Proceedings of ECFA-CERN General Meeting on LHC Physics and Detectors, Evian-les-Bains, 5-8 March 1992

  1. B.Wosiek - “Heavy Ion Physics with the ATLAS Detector” , ATLAS Physics Workshop, Athens, Greece 22 May 2003

5.      ATLAS Letter of Intent, CERN/LHCC/92-4, 1 October 1992.

6.      ATLAS Technical Proposal, CERN/LHCC/94-43, December 1994

  1. ATLAS, Inner Detector Technical Design Report Volume I, II) - CERN/LHCC/97-16(17), ISBN 92-9083-102-2 (103),  30 April 1997
  2. S.Jagielski -“ATLAS b-tagging performance with low pt electrons” - ATL-PHYS-96-087; ATL-GE-PN-87 - Geneva : CERN, 18 Jun 1996
  3. M. Sapiński - “Higgs boson searches in multi-b-jet final states with ATLAS detector at LHC” praca doktorska  w IFJ  2001
  4. Kaczmarska - “Identification of low energy electrons in ATLAS experiment at LHC” praca doktorka w IFJ  2000
  5. Mindur - “Wybrane zagadnienia związane z pracą słomkowych liczników proporcjonalnych w detektorze TRT eksperymentu ATLAS” - praca doktorska w WFiTJ AGH - czerwiec 2004
  6. Z. Hajduk, W. Iwański, A. Kaczmarska, K. Korcyl, J. Olszowska, M. Żurek -  “ATLAS High-Level Trigger, Data Acquisition and Controls” -  Technical Design Review, Atlas TDR-16, Cern, October 2003
  7. Golonka, P; Korcyl, K; Saka, F; -“Modeling large Ethernet networks for the ATLAS high level trigger system using parameterized models of switches and nodes” - 12th IEEE-NPSS REAL TIME conference, Valencia, June 2001
  8. CMS Letter of Intent, CERN/ LHCC 92-3.
  9. CMS Technical Proposal, CERN/ LHCC 94-38.
  10. M. Kazana „Signatures of GSMB SUSY Particles in the CMS Detector at the LHC”, praca doktorska na UW, 2004.
  11. M. Konecki CP violating effects in B-meson decays with multimuon final states - simulation study in the CMS detector”, praca doktorska na UW, 1997.
  12. C. H. Feissner et.al. Status Report of the RD5 Experiment at CERN, CERN-DRDC/ 93-49
  13. M. Konecki, praca magisterska na  UW, 1992.
  14. CMS Muon Technical Design Report CERN/ LHCC97-32.
  15. M. Ćwiok, “New Resistive Plate Chambers with High Rate Capability”, praca doktorska na UW, 2003.
  16. CMS Trigger Technical Design Report, CERN/ LHCC 2000-38.
  17. ALICE Letter of Intent CERN/ LHCC 94-14
  18. ALICE Technical Proposal CERN/ LHCC 95-71
  19. Photon Spectrometer (PHOS) - Technical Design Report CERN/LCC 99-4, ALICE TDR 2, 1999
  20. Time Projection Chamber (TPC) – Technical Design Report CERN/LHCC 2000-001, ALICE TDR 7, 2000
  21. M. Kowalski: "Komory projekcji czasowej w eksperymentach na wiązkach relatywistycznych jonów", rozprawa habilitacyjna, Raport IFJ 1883/PH, 2001
  22. LHCb Letter of Intent CERN/ LHCC 95-005
  23. LHCb Technical Proposal CERN/ LHCC 98-004
  24. http://chall.ifj.edu.pl/~lhcb
  25. M. Bubak, P. Malecki, M. Turała, M. Witek at al. Projekt CROSSGRID, Development of Grid Environment for Interactive Applications Nr. IST-2001-32243, Annex1 - Description of Work, 15 Nov.2001 oraz http://www.cyfronet.krakow.pl/crossgrid/project.htm

 

 



[1] Grupa Krakowska ATLAS składa się z następujących fizyków, doktorantów i inżynierów:

q        M Turała, P. Malecki, Z. Hajduk, J. Olszowska, W. Iwański, K. Korcyl, E. Stanecka, M. Wolter, P. Bruckman, S. Gadomski, M. Sapiński, E. Richter-Wąs, A. Kaczmarska, R. Szczygieł, A. Moszczyński, E. Górnicki, T. Szymocha, B. Kisielewski, W. Ostrowicz, E. Banaś,  D. Bocian, B. Wosiek, T. Olszewski, A. Trzupek  z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN

q       T. Bołd, W. Dąbrowski, D. Kisielewska, K. Jeleń, B. Mindur , S. Koperny, M. Deptuch z Wydziału  Fizyki i Techniki Jądrowej Akademii Górniczo-Hutniczej

[2] W. Białas, P. Gryboś, M. Idzik z WFiTJ AGH, oraz Sz. Gadomski, J. Kapłon, A. Moszczyński, M. Wolter i R. Szczygieł z IFJ PAN

[3] J. Olszowska, E. Banaś, W.Ostrowicz

[4] T. Kowalski, B. Mindur, K. Jeleń

[5] Grupa Warszawska CMS składa się z następujących fizyków, doktorantów i inżynierów:

q       K. Buńkowski, M. Bluj, M. Ćwiok, R. Dąbrowski, W. Dominik, K. Doroba, A. Kalinowski, J. Królikowski, M. Konecki, M.I. Kudła, M. Kazana, P. Zych z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego,,

q       Ł. Gosciło, R. Gokieli,, M. Górski, K. Nawrocki, P. Traczyk, G. Wrochna, P. Zalewski z Instytutu Problemów Jądrowych im. A. Sołtana w Świerku k/ Warszawy,

q       K. Poźniak, R. Romaniuk, W. Zabołotny z  grupy ELHEP Instytutu Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej.

[6] Projekty procesorów były wykonane przez grupę z Instytutu Opto- i Mikroelektroniki PW: W. Kuźmicz, Z Jaworski,  M. Niewczas, E. Piwowarska

[7] Field Programmable Gate Array – programowalne układy logiczne dostępne komercyjnie.

[8] Timing and Trigger Control jest systemem rozprowadzania zegara i innych sygnałów zbudowanym w CERN-ie dla potrzeb wszystkich eksperymentów przy LHC.

[9] Uczestnicy: Z. Chajecki, G. Gałązka, H. Gos, J. Grabski, P.Gutowski, M. Hulboj, M. Janik, A. Kisiel, T. Pawlak, B. Pawłowski,  W. Peryt, J. Pluta, M. Słodkowski, K. Stanisławek, T. Traczyk, D. Wójcik, K. Zberecki

[10] Uczestnicy: A. Deloff, T. Dobrowolski, K. Karpio, M. Kozłowski, H. Malinowski, T. Marszał, K. Redlich, T. Siemiarczuk, G. Stefanek, L.Tykarski, G. Wilk

[11] Uczestnicy: J. Bartke, E. Gładysz-Dziaduś, E. Górnicki (do 2002), E. Kornaś (od 2001), M. Kowalski, P. Stefański (do 1999) A. Rybicki

[12] Uczestnicy: K. Ciba, L. Hajduk, P. Kapusta, J. Michałowski, B. Muryn , Z. Natkaniec, W. Ostrowicz, A. Obłąkowska-Mucha, G. Polok, T. Szumlak, M. Witek, P. Żychowski z IFJ PAN i WFiTJ AGH oraz  M. Adamus, A. Chłopik, Z. Guzik, J. Mendys, A. Nawrot, M. Szczekowski z IPJ z Warszawy

[13] T. Bołd, M. Dwużnik, P. Malecki, K. Korcyl, T. Szymocha

[14] K. Nawrocki, W. Wiślicki, M. Bluj, A. Pade