Ostatní skupiny - Články a novinky (Teorie, AEgIS, Pierre Auger, ...)

Experiment D0 (někdy označovaný jako DZero experiment) je jeden ze dvou experimentů (druhý je CDF) umístěný na urychlovači vstřícných svazků protonů a antiprotonů Tevatron ve Fermiho národní laboratoři (FNAL) v Batavii, nedaleko Chicaga, Illinois, USA. Experiment D0 se skládá z kolaborace vědců a inženýrů z celého světa, včetně České republiky. Cílem tohoto experimentu je zkoumání základní podstaty hmoty, coby základního kamene našeho vesmíru.

Experiment D0 je soustava detektorů, které měří vlastnosti srážek protonů a antiprotonů při vysokých energií ve středu detektoru. Součástí experimentu je zpracování naměřených dat a jejich interpretace a následné porovnání s předpověďmi, které dává teorie. Experiment zaznamenal první srážku 12. května 1992.

Experimentu D0 se účastní 89 institucí z 19 zemí, kde tuto kolaboraci tvoří cca 550 vědců a 150 PhD studentů.

29. září 2011 se plánovaně vypnul urychlovač Tevatron a tím i nastal konec nabírání dat. Následující 3 až 4 roky by pak měly dobíhat analýzy naměřených dat.

Technický popis

Technicky se jedná se o 4π symetrický detektor, který je 9 metrů vysoký, 15 metrů dlouhý a váží asi 5000 tun. Nejblíže srážce, tedy nejvíce ke středu je systém dráhových detektorů. Jejich úkolem je rekonstruovat dráhu nabitých částic a určit polohu primárního vertexu srážky, ale i sekundárních vertexů rozpadajících se částic. Vnitřní část dráhového detektoru se skládá z tenkých křemíkových polovodičových detektorů (Silicon Microstrip Tracker - SMT), které mají vysoké rozlišení i přesnost, ale i vysokou cenu. Vnější část pak tvoří detektory ze scintilačních vláken (Central Fiber Tracker - CFT), kterévyužívají principů scintilace, při které vznikají fotony a ty se detekují. Tyto dráhové detektory jsou schopny lokalizovány primární vertex s rozlišením 35µm podél svazku. Tuto soustavu vnitřních dráhových detektorů pak obklopuje magnet o síle 2T, který ohýbá dráhu nabitých částic a tím nám umožňuje určit hybnost i náboj dané částice.

Vnější část tvoří systém elektromagnetických a hadronových kalorimetrů, jejichž úkolem je pohltit změřit energii částic a jetů. Tyto kalorimetry jako ionizační médium používají tekutý argon (LAr) a jako absorpční médium je použit uran s mědí a ocelí. Systém kalorimetrů je schopný pohltit až 98% energie všech částic a jetů. Kalorimetry jsou pak dále umístěny ve velkém toroidním magnetu, který umí měnit polarizaci, což je užitečné pro měření některých symetrií.

Přes kalorimetry prakticky projdou jen neutrina, ty spolehlivě detekovat neumíme a miony. Systém pro měření mionů se skládá z podélného (podél dráhy částic v urychlovači) detektoru (Proportional Drift Tubes - PDT) a kolmého mionového detektoru (Mini Drift Tubes - MDT). Tyto detektory umožňují měřit i miony z kosmického záření, které je potřeba pro přesnější kalibrace.

Srážky se v detektoru konají s frekvencí 1.7 Hz, což představuje obrovské množství dat, které nejsme schopni zpracovat. Z tohoto důvodů jsou součástí experimentu tzv. triggery. Triggery jsou zařízení na hardwarové i softwarové úrovni, které na základě daných kritérií rozhodují, které srážky jsou zajímavé, a pošle je k dalšímu zpracování. Na D0 jsou tři úrovně triggerů. První úroveň redukuje data na 10 kHz, druhá na 1 kHz a třetí softwarová na 100 Hz. To znamená, že se zaznamená 50 událostí za sekundu, to pro představu znamená tok 20 Mb/s. Každý rok se zaznamená asi 300 Terabajtů dat.

Historie

• První srážka zaznamenána 12. května 1992.
• V roce 1995 byl objeven top kvark.
• V roce 1996 skončilo první období měření tzv. Run1.
• V letech 1996-2001 probíhala modernizace, nové křemíkové detektory, upgrade magnetů i mionových detektorů, přidání detektorů pro měření rozptýlených částic s malým úhlem v dopředním směru. Vylepšena elektronika z vylepšení třetí úrovně triggerů na 100 Hz.
• V roce 2001 začal tzv. Run2a a následně i Run2b.
• V roce 2010 se dosáhlo integrované luminozity 9 fb^-1
• Na experimentu D0 byly také objeveny nové těžké částic - baryon Ξ_b a Ω_b.
• V roce 2010 zde byla pozorována asymetrie v produkci párů mionů a antimionů v rozpadech B mezonů. Tato asymetrie není teorií vysvětlená a je to jeden z možných důvodů, proč ve vesmíru je jen hmota a ne antihmota.
• Experiment D0, společně s experimentem CDF upřesnili vlastnosti bosonů W a Z a vyloučili oblasti případného výskytu Higgsova bosonu.
• 29. září 2011 poslední srážka

Česká účast

Experimentu D0 se z České republiky účastní Fakulta jaderná fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze, Matematicko-fyzikální fakulta UK a fyzikální ústav AV ČR. Tyto spolupracující týmy se zabývají hlavně oblastí studia produkce jetů, měření hmotnosti top kvarku a studiem difrakčních procesů. Počítačová farma Fyzikálního ústavu AV ČR je také druhým největším generátorem Monte Carla pro experiment D0.