• 03.05.2019
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Cinquanta Terabit di dati ogni secondo

Il giovane ricercatore Armin Fehr lavora all’Università di Berna sull’upgrade di un grande esperimento al CERN

Presso l'Istituto di fisica dell'Università di Berna, Armin Fehr e i suoi colleghi hanno costruito il futuro "Rivelatore Interno" del rilevatore ATLAS su una scala 1: 1. Nel tubo a sinistra, si verificano le collisioni protone-protone. La casella rosso scuro mostra una delle regioni in cui saranno posizionati gli Optoboard.
Immagine: B. Vogel, CHIPP, Switzerland
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Presso l'Istituto di fisica dell'Università di Berna, Armin Fehr e i suoi colleghi hanno costruito il futuro "Rivelatore Interno" del rilevatore ATLAS su una scala 1: 1. Nel tubo a sinistra, si verificano le collisioni protone-protone. La casella rosso scuro mostra una delle regioni in cui saranno posizionati gli Optoboard.
Presso l'Istituto di fisica dell'Università di Berna, Armin Fehr e i suoi colleghi hanno costruito il futuro "Rivelatore Interno" del rilevatore ATLAS su una scala 1: 1. Nel tubo a sinistra, si verificano le collisioni protone-protone. La casella rosso scuro mostra una delle regioni in cui saranno posizionati gli Optoboard. (Immagine: B. Vogel, CHIPP, Switzerland)

A partire da 2026, le prestazioni dei grandi esperimenti al laboratorio Europeo di fisica delle particelle, il CERN, a Ginevra, saranno aumentate notevolmente. I lavori di preparazione per l’upgrade del grande acceleratore LHC e dei vari esperimenti è in pieno fermento. Un importante contributo viene dall’Università di Berna, dove il dottorando Armin Fehr (di 26 anni) e i suoi colleghi stanno lavorando su una componente dell’esperimento ATLAS. Questa componente renderà possibile acquisire i dati alla frequenza grandemente aumentata prevista dal 2026 in poi.

Dal 2010, i fisici del CERN stanno esplorando il mondo della fisica delle particelle al grande acceleratore LHC (Large Hadron Collider). Uno dei quattro grandi esperimenti all’LHC si chiama ATLAS. È un rivelatore dell’altezza di una palazzina a cinque piani. Con questo rivelatore gigante gli scienziati stanno studiando le tracce di particelle che si sono formate nell’LHC durante la collisione di protoni con lo scopo di capire meglio le particelle elementari. L’esperimento ATLAS e’ stato operativo in modo continuo e affidabile per quasi dieci anni. I dati estratti hanno portato alla scoperta della particella di Higgs, la piu giovane delle particelle elementari.

L’LHC e i suoi grandi esperimenti ATLAS, CMS, LHCb e ALICE sono lontani dall’essere terminati. Al contrario, al momento è in atto la preparazione per operare l’acceleratore e gli esperimenti connessi dopo il 2026 con una luminosità maggiore della presente di un fattore tra cinque a sette (“alta luminosità”, abbr. HL). A quel punto ci saranno sette miliardi di collisioni protone-protone per secondo in confronto all’odierno miliardo. L’upgrade dell’LHC verso l’HL-LHC è un progetto enorme che tiene occupati fisici delle particelle dal mondo intero. Molte delle componenti per questo aggiornamento devo essere assolutamente prodotte in tempo per il 2026.

Segnali elettrici sono tradotti

I fisici del Laboratorio di Fisica delle alte Energie (LHEP) dell’Università di Berna stanno contribuendo a una componente essenziale dell’aggiornamento del rivelatore ATLAS. Là una mezza dozzina di fisici stanno lavorando al nuovo Optoboards. Questi saranno usati all’interno del rivelatore ATLAS futuro per tradurre i segnali elettrici in segnali ottici. Questa traduzione è essenziale per permettere l’enorme quantità di dati registrati di lasciare il rivelatore.

I cavi elettrici sono incapaci di trasmettere la grande quantità di dati che sono generati nel rivelatore e quindi i segnali elettrici devono essere convertiti in impulsi luminosi e letti via un cavo di fibra ottica. Cinquanta terabit (50x1012 bit) di dati dal nuovo “rivelatore interno” (rivelatore di tracce, uno dei sub-rivelatori dell’esperimento ATLAS) devono essere processati da questi Optoboards ogni secondo. Questo è 5000 volte di più di quello che il più potente router domestici possono gestire. I dati sono poi filtrati ed esaminati dai fisici delle particelle del mondo.

Uno dei fisici di Berna che lavora sul sistema Optoboard è Armin Fehr. Sulla sua scrivania al laboratorio LHEP si trova una scheda a circuito stampato (PCB) fornito di componenti elettriche. I cavi di fibre ottiche sono connessi alla scheda. Con questi PBC, Armin Fehr studia e sviluppa i prossimi strumenti di lettura per il nuovo “rivelatore interno”. Più di mille Optoboards devono essere pronti per il 2024. Questi componenti dovranno poi essere assemblati con altre parti che formeranno il nuovo cuore del nuovo rivelatore ATLAS ridisegnato che dovrà poi essere pronto per il 2026.

"Funzionerà!”

Armin Fehr è cresciuto vicino a Schaffhausen. Ha studiato fisica e astronomia all’Università di Berna e si è specializzato in fisica delle particelle. Da Aprile 2018 sta scrivendo la sua tesi di dottorato, il suo supervisore è il Professor Michele Weber. Fehr ha contribuito in modo importante alla costruzione dell’Optoboards per il futuro ATLAS. Diverse migliaia di fisici e ingegneri lavorano all’esperimento ATLAS. Tutti loro sono sicuri che la componente di Berna – come tutti i nuovi componenti del rivelatore aggiornato – serviranno in modo affidabile dal 2026 in avanti.

Questa aspettativa non mette il dottorando ventiseienne sotto tremenda pressione? Non è cosí male come sembra, spiega Fehr, che recupera dallo stress de suo lavoro scientifico facendo escursioni, giocando a tennis e videogiochi nel suo tempo libero. "Optoboard ha una lunga storia: centinaia di fisici hanno partecipato a studi concettuali e tecnici", afferma Fehr, aggiungendo con sicurezza: "Funzionerà!"

Nel questionario allegato, Armin Fehr offre una panoramica del suo lavoro quotidiano come fisico delle particelle.

Armin Fehr offre una panoramica del suo lavoro quotidiano come fisico delle particelle.
Armin Fehr offre una panoramica del suo lavoro quotidiano come fisico delle particelle. (Immagine: B. Vogel, CHIPP, Switzerland)
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Armin Fehr offre una panoramica del suo lavoro quotidiano come fisico delle particelle.
Armin Fehr offre una panoramica del suo lavoro quotidiano come fisico delle particelle. (Immagine: B. Vogel, CHIPP, Switzerland)

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