Fyzikální ústav získal ocenění za video o testování křemíkových senzorů pro CERN. Důvod? Video točené pro sociální sítě FZU srozumitelně a poutavě přibližuje, jak testování senzorů ve skutečnosti probíhá. Samotná cena má podobu sošky připomínající filmového Oscara.
Video zachycuje celý proces příjmu zásilky těchto senzorů – od jejich přivezení do laboratoře přes rozbalení ochranného obalu až po pečlivou evidenci. Tyto součástky jsou určeny pro budoucí přestavbu detektoru ATLAS, zařízení zaznamenávajícího srážky částic při nejvyšších energiích, jakých kdy lidstvo dosáhlo. Práce s nimi se řídí přísnými pravidly. Každý senzor je totiž citlivý na statickou elektřinu, prach i vlhkost.
Sto metrů pod zemí
ATLAS je největší detektor částic na světě. Nachází se v podzemí nedaleko Ženevy v areálu CERN, největší světové laboratoři částicové fyziky, a je součástí urychlovače LHC. Detektor měří 46 metrů na délku a 25 metrů na výšku a váží přibližně tolik, co Eiffelova věž. Zachycuje srážky protonů urychlených téměř na rychlost světla. Právě při těchto srážkách vznikají podmínky připomínající zlomky sekund po Velkém třesku a úkolem detektoru ATLAS je zaznamenat, co se při nich odehrává.
Na rok 2030 se plánuje spuštění vylepšeného urychlovače LHC, tzv. HiLumi-LHC, které přinese výrazně vyšší počet srážek za sekundu, než jaký detektor ATLAS zvládá zaznamenat dnes. Aby si s tímto náporem poradil, čeká ho modernizace, během níž vznikne nový vnitřní dráhový detektor. Rychlejší, přesnější a odolnější vůči záření. Stavět se má právě z křemíkových senzorů, tenkých destiček, které zaznamenají stopu nabité částice v okamžiku, kdy jimi prolétne.
Z Prahy do Ženevy
Fyzikální ústav je jediným pracovištěm v pevninské Evropě, kde se stripové senzory pro nový vnitřní detektor experimentu ATLAS testují. Senzory přicházejí z CERNu zabalené v několika vrstvách ochranného obalu a do laboratoře vstupují přes přechodovou komoru, kde se zbaví nečistot. Pracovníci přitom nosí speciální antistatické oděvy a obuv, podobnou ochranu používají třeba technici NASA při přípravě kosmických zařízení.
Radiační odolnost se ověřuje tak, že se senzory nejprve ozáří intenzivními svazky protonů, neutronů a gama záření, aby se co nejvěrněji napodobilo prostředí, v němž budou pracovat uvnitř detektoru. Měření pak probíhá za přísně kontrolovaných podmínek: při velmi nízké vlhkosti, ve tmě a u ozářených senzorů také při teplotách kolem −20 °C. Zabraňuje se tím nežádoucím změnám ve struktuře křemíku po ozáření. Teprve senzor, který všemi testy projde, může být použit v novém vnitřním dráhovém detektoru experimentu ATLAS.
Česká republika se v rámci mezinárodní spolupráce zavázala otestovat více než 5 000 takovýchto křemíkových senzorů a sestavit téměř 400 detekčních modulů. Na této práci se podílí Fyzikální ústav AV ČR a Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy.
Co se děje se senzorem, který neuspěje?
Záleží na tom, u kterého testu senzor selže. „Pokud nevyhoví při elektrických testech, je možné využít různé postupy, jak se pokusit jeho funkčnost obnovit," vysvětluje fyzička Pavla Federičová. Senzor se pak znovu proměří. U mechanických nebo vizuálních vad oprava možná není, takové kusy zůstávají v laboratoři a slouží pro další výzkum. Podíl nevyhovujících senzorů je však velmi nízký: méně než 3 %.
Jednotlivé zkoušky senzorů trvají od 4 do 45 hodin a celková doba může dosáhnout až 60 hodin. Federičovou na této práci nejvíc překvapila její různorodost. „Člověk se stále věnuje něčemu jinému – od rozbalování senzorů přes měření a analýzu dat až po účast na konferencích, kde má možnost diskutovat s kolegy z celého světa.“ Jedinečná je ale i jedna zdánlivě prostá věc: možnost vzít do ruky součástku, která jednou skončí hluboko uvnitř jednoho z největších vědeckých přístrojů světa.
Fyzika pro každého
Ocenění CERNu je výsledkem dlouhodobého úsilí. Fyzikální ústav popularizuje vědu pravidelně a instagramové video o testování senzorů je jen jedním z mnoha příkladů. Každý rok se FZU například zapojuje do největších vědeckých akcí v zemi. Na Noci vědy, Veletrhu vědy nebo festivalu VědaFest tak vědci a vědkyně přímo před návštěvníky ukazují, čím se zabývají.
Jednou ročně se veřejnosti otevírá i samotný ústav. V rámci Týdne Akademie věd pořádá FZU dny otevřených dveří, při nichž si návštěvníci mohou prohlédnout pracoviště, která jsou jinak veřejnosti nepřístupná. Od roku 2009 pořádá FZU jednou ročně také Dvořákovu přednášku, během níž na pódiu vystupují přední světové osobnosti fyziky. Každá přednáška přibližuje fyzikální témata publiku napříč vědeckými obory.
Na Instagramu pod účtem @fzu_avcr pak sdílí záběry přímo z laboratoří, komentáře vědců a vědkyň a pohled do zákulisí výzkumu. Z jednoho takového vzniklo i video, které nyní sklidilo uznání na mezinárodní scéně. Zachycuje přitom pouze první část celého procesu, další díly se budou věnovat samotnému měření pomocí špičkových přístrojů, které je pro výzkum klíčové.
Autor: Jakub Stanjura
- Autor článku: ne
- Zdroj: Akademie věd ČR
