Upgrade del rivelatore
LHC alterna fasi di Run a periodi di Long Shutdown (LS). Vedi per esempio Figura. Nei Run circolano i fasci di protoni e si producono interazioni. In LS si compiono manutenzioni e sviluppi (Upgrade).
In LS 1 (2013-2015) l'energia delle collisioni protone-protone fu aumentata da 8 a 13 TeV e la luminosità da 5x1033 a 1x1034 cm-2 sec-1 .
In LS 2 (2018-2021), ora in corso, l'energia sarà portata a 14 TeV, e la luminosità a 2x1034 cm-2 sec-1 .
In LS 3 (2025-2027) la luminosità sarà spinta fino a 5x1034 cm-2 sec-1, cioè a circa 5 miliardi di collisioni pp al secondo (High Luminosity LHC).
Ad ogni salto evolutivo di LHC corrisponde un adeguamento di CMS. I sottorivelatori, il trigger, l'acquisizione dati e il computing sono rinnovati per sfruttare al meglio LHC:
- materiali e elettronica speciali per sostenere l'accresciuto livello di radiazioni;
- maggiore risoluzione per gli studi più precisi che la maggiore luminosità permette, mettendo a fuoco più dettagli;
- maggiore selettività per la caccia a eventi rari dovuti a effetti ancora sconosciuti nel mare di miliardi di interazioni pp;
- maggiore potenza di calcolo (computing) per ricostruire, immagazzinare e analizzare i dati.
In questo continuo processo di evoluzione di CMS, il gruppo di Bologna è stato ed è attivo sul rivelatore di muoni (DT e GEM), sul sistema di selezione (trigger), sul computing, sul software.
Stiamo preparando l’upgrade di LS 3 per il Run 4 di HL-LHC.
Il rivelatore di muoni di CMS è suddiviso in tre parti: un barrel (a grande angolo rispetto al fascio di LHC) e due endcap (a piccolo angolo rispetto alla direzione dei fasci).
Nelle 250 camere a Drift Tubes del Barrel si sostituiscono i Minicrates, cioè l'elettronica di primo livello installata sul rivelatore. Circuiti integrati programmabili (FPGA) di ultima generazione sono utilizzati al posto dell'elettronica a componenti, e l'elaborazione dei segnali elettrici è tutta in firmware. Dati e segnali di controllo sono trasmessi su fibre ottiche. Processori commerciali di grande potenza (sistema ATCA) sono usati al secondo livello per ricevere i segnali dai Minicrates, e sono programmati per ricostruire gli eventi e selezionare quelli di interesse (trigger), anche utilizzando tecniche di Machine Learning.
Negli endcap è in corso di installazione una nuova stazione del rivelatore di muoni. È costituita da camere GEM (Gas Electron Multiplier) che utilizzano una tecnologia di tipo MicroPattern Gas Detector (MPGD), in grado di sostenere il flusso enorme di muoni emessi a piccoli angoli rispetto al fascio. Altre due stazioni saranno installate nella prossima fase LS3. Queste permetteranno di misurare con miglior precisione le tracce generate dai muoni, anche in presenza degli altissimi flussi di particelle previsti a HL-LHC.
