Hjem
Subatomær fysikk

Ingeniør ved subatomær fysikk: Magne Lauritzen

Den enorme partikkeldetektoren ATLAS ved CERN i Geneve, Sveits, er under oppgradering for å gjøre den klar for den mye høyere luminositeten som Large Hadron Collider vil produsere fra og med 2026. Som en del av denne oppgraderingen arbeider subatomær-gruppen ved Institutt for Fysikk og Teknologi med forskning og utvikling (R&D) på nye utlesnings-chipper for den nye indre delen av detektoren, kalt "Inner Tracker".

For meg er partikkelfysikk et utrolig spennende felt, en blanding av teori, ingeniørvitenskap, teknologi-utvikling, enorme eksperimenter, og internasjonalt samarbeid.

Ved CERN står verdens største general-purpose partikkeldetektor, kalt ATLAS. Den er bygget rundt Interaction Point 1 av Large Hadron Collider (LHC). I midten av denne detektoren kolliderer bunker av protoner inn i hverandre med nesten lysets hastighet 40 millioner ganger i sekundet. Partiklene som genereres ved disse kollisjonene skyter ut fra kollisjonspunktet og blir detektert av ATLAS.

ATLAS skal oppgraderes for å takle de høyere partikkelratene som vil bli produsert når den oppgraderte LHC, kalt High-Luminosity LHC, blir slått på i 2026. Dette betyr at de fleste under-detektorene i ATLAS enten må oppgraderes delvis eller byttes helt ut. Jeg jobber på oppgraderingen av den aller innerste delen av ATLAS, kalt Inner Tracker (ITk). Denne underdetektoren vil detektere partiklenes baner med høy nøyaktighet når de kommer farende ut fra kollisjonspunktet. Den kommer til å bestå av titusenvis av tynne silisiumsensorer, noen av dem av typen "strip"-sensorer, og noen av typen "pixel"-sensorer.

Arbeidet mitt går ut på å teste ny utlesningselektronikk for disse pixel-silisiumsensorene. Utlesninselektronikken loddes rett på detektorene, og inneholder over 150 000 individuelle elektroniske forsterkere og digitaliserings-kretser. Siden partikkelraten blir så mye høyere ved HL-LHC, så vil også dataraten bli høyere. De innerste pixel-sensorene er bare 2cm x 2cm i areal, men vil generere nesten 1 GB med data i sekundet. Dermed må helt nye utlesnings-chipper designes, produseres, og testes. Det er en stor internasjonal kollaborasjon som arbeider på akkuratt dette aspektet av ITk, for når ny teknologi skal utvikles så krever det mye arbeidskraft.

Mitt daglige arbeide går ut på å utsette utlesnings-chipen for tester som skal verifisere at den oppfører seg slik det er forventet. Jeg kommuniserer med chipen gjennom spesial-hardware, og ved å skrive kode og automatisere tester, så kan jeg karakterisere chipen. Mye av arbeidet mitt går dermed ut på å kode, sette opp eksperimeter, ta data, og analysere dataen som blir tatt. Jeg drar også ofte til CERN for å sette chip-ene (med påmonterte sensorer designet ved Universitetet i Oslo) inn i en partikkelstråle for å karakterisere båpde chipene og sensorene med realistiske forhold.

Da jeg tok min mastergrad ved partikkelfysikk-gruppen fikk jeg enormt mye kunnskap om partikkelfysikk, deteksjonsteknologi, elektronikk, eksperimentelle metoder, og data-analyse. Alt jeg lærte var av største grad nyttig og nødvendig for at jeg kunne få en slik interessant jobb. For meg er partikkelfysikk et utrolig spennende felt, en blanding av teori, ingeniørvitenskap, teknologi-utvikling, enorme eksperimenter, og internasjonalt samarbeid. I få andre felt er det et så stort spenn av nødvendige kunnskaper, og så bredt spekter av samarbeider. Jeg tror at alle som har interesse for fysikk vil finne noe spennende å arbeide med i subatomær fysikk.