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其原理与现代数码相机的原理类似。
大约1亿像素的碰撞图像是由分布在探测器体积内的单个传感器组成的,所有的信息都被记录在磁盘上,以便从容地、离线地检查图像。
每张图片的大小,1兆字节的数据,与普通的数码照片相比并没有太大的差异。
令人惊讶的是速度。
大型强子对撞机探测器以每秒
4000万张的惊人速度拍摄数字照片。
如果要保存所有的图像,数据量将会过多。
没有任何系统能够处理每秒40拍字节(petabyte)如此庞大的信息流。
即使你能做到这一点,你也不知道该把它存储在哪里。
如果用10G内存的DVD把它记录下来,我们每秒需要4000张光盘,很快我们就不知道该把它们放在哪里了。
在数据采集的一年里,这些DVD将超过400亿张,叠放在一起将高达40000km。
为了解决这个问题,成千上万的微处理器被整合到检测器中,在很多情况下是连接在一起的。
当碰撞中发射出的粒子所产生的信号被局部记录下来时,微处理器就会重建全局信息,并很快详细阐述关于碰撞类型的假设。
正如我们前面看到的,在绝大多数情况下,质子之间的碰撞会产生轻粒子和众所周知的物理现象,所以这类事件会立即被丢弃。
而重点是潜在的有趣事件,这非常罕见。
做出这种选择的电路被称为“触发电路”
,它在百万分之一秒内决定哪些事件需要记录,哪些事件需要丢弃。
在每秒4000万个事件中,最终被选中的不到1000个。
因此,信息的数量将变得可管理,尽管需要开发基于分布式计算的新结构。
实验仪器的尺寸也令人印象深刻。
高能碰撞意味着产生的粒子会衰变,从而产生其他穿透性极强的粒子流。
有些在传感器材料中移动了几米后才被吸收,有些甚至逃脱了最庞大的仪器,我们只能通过重建部分轨迹来测量其特性。
因此,大型强子对撞机的物理设备变成了巨大的建筑物,高达五层楼,且重量如同一艘巡洋舰。
似乎这一切还不够,传感器必须是超快速的。
碰撞以如此疯狂的速度接连发生,以至于只能使用最快的探测器,那些能在不到一秒的时间内记录到最小信号,并立即为下一个事件做好准备的探测器。
最后,由于大型强子对撞机把一切赌注都押在了高亮度上,在相互作用区周围每秒钟产生的粒子数量将会非常大,因此,这一区域周围的一切—传感器、电子设备、支撑结构、电缆和信号纤维—都必须具有前所未有的抗辐射能力。
否则,在几个月或几年的活动之后,这些非常精密的仪器将永远停止工作,将会损失巨大的投资。
庞大的结构,重达数千吨,包含数百万个超高速传感器,抗辐射并且智能,能够在几百万分之一秒内评估新收集的事件是丢弃还是值得记录。
难怪当我们提出构建大型强子对撞机探测器时,每个人都认为我们疯了。
我们都知道事情一点也不容易。
[20] GeV(吉电子伏特,即109eV)是能量和质量(基于著名的爱因斯坦质能方程E=mc2)的度量单位,广泛用于粒子物理学中。
对于更高的能量,可使用TeV,等于1000GeV(1012eV)。
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