Eksperyment ATLAS na Wielkim Zderzaczu Hadronów jest jednym z największych detektorów przeznaczonych do badania fizyki cząstek elementarnych jaki dotąd zbudowano. Konstrukcja ATLAS-a jest typowa dla detektorów tzw. ogólnego przeznaczenia nastawionych na pomiar szerokiego spektrum sygnatur fizycznych powstających w czasie zderzania hadronów (protonów lub jąder ołowiu) na LHC. Zewnętrzną część eksperymentu stanowi spektrometr mionowy rejestrujący pędy i ślady mionów. Za nim (idąc do wewnątrz) znajdują się kalorymetry hadronowy i elektromagnetyczny, mierzące energie cząstek.

Pracownicy Instytutu Fizyki Jądrowej PAN brali udział budowie niżej wymienionych detektorów i pracują przy ich eksploatacji.

Detektor Wewnętrzny

Najbliżej punktu zderzeń znajduje się Detektor Wewnętrzny Śladów (ang. Inner Detector - ID) mierzący z wielką precyzją trajektorie i pędy cząstek naładowanych powstających w wyniku zderzeń hadronów. Pomiary te pozwalają na rekonstrukcję wierzchołków oddziaływań pierwotnych oraz wtórnych, a zatem mają fundamentalne znaczenie dla większości badań fizycznych prowadzonych przez eksperyment ATLAS.

Detektor Wewnętrzny jest systemem pomiarowym liczącym ponad 80 milionów kanałów odczytu. Jest złożony z trzech pod-detektorów zbudowanych w różnych technologiach. Najbliżej punktu oddziaływań położone są krzemowe detektory mozaikowe (z ang. Pixel Detector) o najlepszej rozdzielczości. Za nim znajdują się krzemowe detektory paskowe (ang. Semiconductor Tracker - SCT), a najbardziej zewnętrzną warstwę stanowi gazowy słomkowy detektor promieniowania przejścia (z ang. Transition Radiation Tracker - TRT).

Detektory paskowe

Krakowska grupa ATLAS na przestrzeni lat uczestniczy w przedsięwzięciach związanych z Wewnętrznym Detektorem Śladów od fazy projektów, poprzez budowę i uruchamianie, aż do zbierania danych. W szczególności wnieśliśmy znaczący wkład w projektowanie, produkcję i montaż modułów detektora SCT oraz jego elektroniki odczytu. Zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy wielokanałowy system zasilania wysokiego napięcia dla modułów SCT. Opracowaliśmy systemy kontroli dla detektora SCT oraz dla całego środowiska Detektora Wewnętrznego. Uczestniczymy w utrzymaniu detektorów SCT oraz ID w czasie zbierania danych oraz w ich optymalizacji do zmieniających się warunków na LHC.

Detektory ALFA

Detektory ALFA są przeznaczone do pomiaru procesu elastycznego rozpraszania proton-proton. W takim procesie stan końcowy składa się z dwóch protonów o energii identycznej jak przed zderzeniem, ale poruszających się w innym kierunku. Zjawisko to może zachodzić zarówno w wyniku oddziaływań silnych, jak również elektromagnetycznych.

Ponieważ kąty rozproszenia protonów w oddziaływaniach elastycznych są bardzo małe (rzędu mikroradianów), tor ich ruchu znajduje się bardzo blisko centrum wiązki akceleratora. Aby zarejestrować takie cząstki, a jednocześnie zmierzyć kąty rozproszenia z dużą dokładnością, potrzebne są detektory znajdujące się bardzo blisko wiązki i bardzo daleko od punktu, w którym zachodzą oddziaływania.

Detektory ALFA są umieszczone w tak zwanych rzymskich garnkach, które umożliwiają wsuwanie detektorów do wnętrza rury LHC (z góry i z dołu). Dzięki temu, podczas zbierania danych detektory mogą znajdować się w odległości zaledwie kilku milimetrów od centrum wiązki. Natomiast podczas rozpędzania wiązek, gdy ich pozycja nie jest do końca stabilna, detektory ALFA są wysuwane na bezpieczną odległość.

Detektory AFP

Detektory AFP są najnowszą częścią zespołu detektorów do przodu eksperymentu ATLAS. Umożliwiają one pomiar protonów, które zostały rozproszone pod małym kątem, jednocześnie tracąc część swojej energii. Ich celem jest badanie własności procesów, w których takie protony są produkowane. Mogą być również użyte do poszukiwania tzw. Nowej fizyki.

Podobnie jak detektory ALFA, detektory AFP znajdują się wewnątrz rzymskich garnków, jednak ich ruch odbywa się w płaszczyźnie poziomej. Detektory AFP używają najnowszych technologii: pikselowych detektorów krzemowych do pomiaru położenia przelatującej cząstki (po lewej) oraz ultraszybkich detektorów czasowych, działających w oparciu o promieniowanie Czerenkowa wytwarzane w sztabkach kwarcowych o specjalnie dobranej geometrii (po prawej).

Zdjęcie z instalacji detektorów AFP w tunelu LHC. Pracownicy IFJ uczestniczący w instalacji: dr Elżbieta Banaś (pierwsza z lewej), dr Maciej Trzebiński (pierwszy z prawej), dr Rafał Staszewski (trzeci z prawej).

Grid dla Fizyki Wysokich Energii

Sieć obliczeniowa WLCG Grid ma za zadanie scalenie w jeden system rozproszonych zasobów obliczeniowych działających w państwach uczestniczących w eksperymentach Fizyki Wysokich Energii na akceleratorze LHC w CERN. Krakowska grupa eksperymentu ATLAS uczestniczy w rozwoju systemu WLCG i zarządzaniu obliczeniami eksperymentu zarówno w Polsce jak i na świecie. W ramach WLCG współpracujemy z ośrodkami obliczeniowymi w Polsce, w tym z  Akademickim Centrum Komputerowym CYFRONET AGH w Krakowie i z Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym w celu wdrażania usług obliczeniowych eksperymentu ATLAS w tych ośrodkach, które tworzą Polish Tier2 Federation w organizacji WLCG. Poza tym monitorujemy jakość i wielkość produkcji obliczeniowej ATLASa w Polsce oraz pomagamy przy rozwiązywaniu problemów w produkcji, aby zagwarantować wypełnianie polskich zobowiązań podjętych w ramach umowy z organizacją WLCG.

W IFJ PAN pracuje też lokalny klaster komputerowy wykorzystywany przez grupę ATLAS do wykonywania obliczeń dla małych symulacji i do analizy danych. Klaster zbudowany jest z serwerów IBM HS21 i HS22. Do dyspozycji są 72 rdzenie CPU i dedykowana macierz dyskowa Sun X4500 o pojemności 27 TB.