Original subtitles

Cosmosul,

și toate galaxiile sale de stele și planete,

fac parte dintr-un complex design, modelat de ceva

care a eludat oamenii de știință de zeci de ani.

Vânătoarea de materie întunecată se întâmplă în întreaga lume.

Nu am putut să-l vedem.

Este invizibil pentru noi.

Nu suntem siguri exact ce este materia întunecată.

Am construit mașini masive

pe vârful munților.

Laboratorul nostru este observatorul.

Și sub suprafața Pământului de explorat.

Este nevoie de imaginație.

Îmi imaginez ce întuneric problema ar putea fi de fapt,

și apoi proiectați un detector, proiectează un experiment în jurul lui.

Și acum, o tehnologie cu mult înainte

a capacităţilor noastre actuale ne aduce la subiect

de o mai mare înțelegere.

Dacă putem interacționa cu el în mod fundamental,

acest lucru este cu adevărat important după înțelegerea noastră

de locul în care ne aflăm în univers.

O avansare dramatică în vânătoarea de materie întunecată

a început.

Încercăm să punem ceva împreună

asta e foarte greu de vazut, pentru că este materie întunecată.

Există o șansă bună este format din particule,

aceste particule au fost produse chiar la început

al universului, în Big Bang,

și au existat de atunci.

Cumva îmi spune instinctul

sunt particule afară acolo putem detecta.

Oamenii de știință descriu două fenomene

care au apărut în timpul Big Bang-ului,

energia întunecată, forța care a provocat universul

să se extindă timp de aproximativ 14 miliarde de ani,

și apoi materia întunecată, cel substanta care a furnizat

structura a tot ceea ce este în interiorul ei.

Ambele sunt mistere profunde încă de demonstrat.

Pentru că materia întunecată este atât de evazivă,

oamenii de știință încearcă multe experimente diferite

pentru a-l găsi.

Un experiment implică încercarea de a crea

particule de materie întunecată.

De îndată ce știm că putem reuși,

putem proiecta mașini pentru a-l studia.

Joe Incandela și colegii săi

la Universitatea de California la Santa Barbara

fac parte dintr-o multinațională efort de a crea noi tehnologii

care este de neimaginat ca scară.

Tehnologia ei sunt clădirea este un detector de particule

numită Granularitate Înaltă Calorimetru sau HGC.

Calorimetrul cu granularitate mare

este o cameră de șase milioane de pixeli,

trebuie să fie capabil să ia imagini la fiecare 25 de nanosecunde,

pentru oricine este, tu stiu, jucat cu camerele de luat vederi,

știe că asta este o nebunie,

acesta este cel mai înalt camera cu rezolutie slow motion

oricine e cu adevărat construit.

În esență, ei construiesc un detector

este ca o cameră care poate înregistra și procesa

10 terabytes de date pe secundă.

Este ceva ca un eseu de 1000 de cuvinte

de fiecare ființă umană pe planeta în fiecare secundă

din punct de vedere al cantității de date.

Inginerul nostru electronic a subliniat,

aceasta este mai mult decât întregul internet din întreaga lume

vom produce în 2018.

HGC va avea 22.000 de plachete de siliciu.

În cele din urmă va captura de 2400 de ori datele pe secundă

peste detectorul existent,

crescând șansele de a găsi materie întunecată.

Sarcina care a fost dată direct

urmau să fabrice unele a primelor generaţii

a ceea ce numim modulul PCB.

PCB înseamnă placă de circuit imprimat.

Aceasta este componenta de bază a HGC,

care este multistratificat în construcția sa.

Pe partea de dedesubt aici, vom avea o napolitană de siliciu

care va intra și va sta sub PCB.

Și legăturile de sârmă vor merge de la suprafața superioară,

din fiecare dintre aceste mici puncte aurii,

până la PCB-ul de dedesubt,

și așa vom găzdui

cele două componente majore importante,

acesta este senzorul și electronice front-end deasupra.

Proiectarea HGC a început cu o idee,

dar nu a venit cu un set de scheme

despre cum să-l construiască.

Parcă, iată un sac de piese,

și acele părți trebuie să se potrivească cu acest spațiu,

și trebuie să joci Tetris până funcționează.

Crezi sau nu, probabil lucrul care este

dându-ne cele mai multe probleme

găsește spațiu pentru a obține cablurile din detector.

Există spațiu foarte limitat.

Când construiești un detector mare așa cum avem la LHC,

nu vrei crapaturi.

Nu vrei locuri unde particulele nu au putut fi detectate.

Deci tu proiectezi aceste lucruri a fi foarte ermetic,

foarte bine sigilat.

Asta înseamnă că există foarte puține locuri unde pot ajunge cablurile,

iar spațierea pentru cablurile sunt foarte strânse,

și așa este de fapt o mare problema pentru noi.

Echipa de la UC Santa Barbara colaborează

cu o echipă la CERN, the Organizația Europeană

pentru Cercetare Nucleară situat în Elveția.

CERN găzduiește cel mai mare înalt experimente de fizica energiei

în lume.

Ținta pentru Înalt Calorimetru de granularitate

este Muonul Compact Detector de solenoid sau CMS.

Acest experiment științific de 15.000 de tone,

îngropat la 30 de etaje sub pământ,

a ajutat la găsirea bosonului Higgs în 2012.

În acest moment, în experimentul nostru la CMS,

avem dispozitive acum în acea regiune care

pe fiecare parte este o cameră de 10.000 de pixeli.

Vom înlocui acele părți

cu trei milioane de pixeli fiecare,

și vom proiecta un dispozitiv care va de fapt

ne permit să avem capacități nu am mai avut până acum.

Aceasta rezoluție a crescut va permite oamenilor de știință

pentru a vedea alte miliarde de particule produse

de Marele Ciocnitor de Hadroni,

făcând mai greu să se ascundă materia întunecată.

Jim Strait este un fizician al particulelor

care face parte dintr-o echipă să integreze noua tehnologie

în CMS în căutarea materiei întunecate.

Sarcina mea mare este să ajut la coordonare

designul tehnic general a noului calorimetru Endcap.

Calorimetrul Endcap este o componentă cheie

pentru a găsi dovezi ale materiei întunecate.

Detectorul desigur că poate să fie deschis ca un acordeon,

în diferite felii, care ne permite să obținem

la calorimetrul Endcap existent.

Ceea ce trebuie să facem este face un nou calorimetru

care se potrivește exact în același loc.

Aș spune că detectorul pe care îl construim acum

este un ordin de mărime mai dificil

decât orice detector pe care l-am construit înainte.

Nu neapărat în ceea ce privește care sunt componentele de bază

care intră în el, dar în modul în care este construit,

și compactitatea acestui dispozitiv

este diferit de orice am mai făcut vreodată.

În general, cea mai mare provocare în asta

își dă seama cum să scoată semnalele.

Construim dispozitivul care are

șase sau șapte milioane de canale,

și trebuie să aduci putere și alte semnale

care controlează modul în care funcționează detectorul,

toate în același spațiu asta este deja acolo,

fără a face compromisuri densitatea de performanță

și acoperirea detectorului în sine.

Fizica experimentală la această scară

este rezultatul unei alte ramuri a științei,

astronomie observațională.

Astronomii sunt cei care și-a dat seama de prezență

de materie întunecată în primul rând.

Există două motive pentru care credem în materia întunecată

este important și există.

În primul rând, simțim asta prezența din gravitate,

deci mişcările galaxiilor și clustere de galaxii.

Știm că acele moțiuni sunt guvernate de

ceva care este foarte foarte masiv pe care nu-l putem vedea.

În al doilea rând, lentilele gravitaționale,

curbarea luminii de către obiecte masive,

ne permite să diagramăm cum există multă materie întunecată

și, de asemenea, unde este.

Astronomi ca Richard Ellis

caută dovezi vizibile că materia întunecată există,

în acest caz, pe un munte vârf pe insula Hawaii.

Romantismul de a merge la toți aceste vârfuri de munți îndepărtate,

construind aceste mașini minunate,

este un exemplu de ceva din civilizația noastră

se descurcă extrem de bine.

La aproape 14.000 de picioare deasupra nivelului mării,

vulcanul adormit Mauna Kea pe marea insula Hawaii

este casa unora dintre cele mai mari telescoape de pe Pământ.

Gândește-te, în fiecare noapte cand te duci la culcare,

sunt zeci de astronomi din întreaga lume

incepand sa lucreze, facand observatiile lor.

Astronomii au o varietate de telescoape

pentru a privi materia întunecată.

Suntem aici la Observatorul Keck,

acesta este un telescop optic la sol.

Avem un parteneriat practic

cu telescopul spațial Hubble,

în special în zonă a lentilelor gravitaționale.

Deci, ceea ce vezi în această imagine, dintr-o lovitură,

este puterea extraordinară de lentilă gravitațională.

Un grup uriaș de prim-plan cu multă materie întunecată

denaturează și mărește numerele mari

a galaxiilor de fundal ca diferite distante.

Dar apoi puteți vedea acest arc roșu aici

este foarte frumos ilustrat,

este de vreo trei ori mai departe decât clusterul.

Și vezi că sunt mai multe imagini,

vezi aceeași lumină a galaxiei,

galaxia îndepărtată, văzută în locuri diferite.

Deci este ca un miraj.

Deci asta a deschis calea a studiului materiei întunecate

datorită lui Hubble.

În timp ce telescopul spațial Hubble

poate aduna detalii extraordinare din spațiu,

telescoape la sol oferi o imagine mai mare.

Dr. Ellis folosește telescoapele Keck

pentru a măsura distanțele dintre Pământ

și galaxiile în sine,

pentru a interpreta influența materiei întunecate

asupra structurii universului.

Ceea ce încercăm să facem este să oferim

acele măsurători cheie ale distanței

prin analiza luminii a acestor galaxii de fundal.

Acest telescop de 300 de tone, cu o oglindă de 10 metri,

este poziționat pentru munca din această seară

a privi în stele.

Dr. Ellis și doi studenți sunt în comunicare

cu tehnicianul.

Bine.

Stabilim totul aici

pentru observațiile din seara asta și știi,

degetele încrucișate, vom obține date grozave.

Ai putea spune că materia întunecată este ceva jenant,

știi, a fost detectat pentru prima dată în anii 1930.

Ni se spune adesea că trăim în epoca de aur

de astronomie și totuși aici suntem 80 de ani mai târziu

și nu știm ce este.

Pentru că reprezintă 85 la sută din materia cunoscută

în univers și 95 procente din univers

nu ne este cunoscut.

Pentru un fizician experimental, este un record destul de prost.

Am petrecut secole.

Avem asta incredibil înțelegere detaliată,

dar este doar de cinci procente.

Unu doi trei patru...

Sunt patru pixeli.

Este ca patru pixeli.

Și în albastru.

Asta e uimitor.

Ideea de a descoperi natura materiei întunecate

finanțează foarte eficient progrese mari în instrumente,

atât în ​​fizică, cât și în astronomie.

Toate acestea sunt conduse de mister

de a încerca să rezolve întrebarea fundamentală

despre ceea ce este materia întunecată, de ce este acolo,

și de ce este atât de important în înțelegere

istoria universului?

Fritz Zwicky, om de știință

din California Institutul de Tehnologie,

a venit cu dovezi pentru materia întunecată în 1938

în timp ce studia o galaxie 20 milioane de ani lumină distanță.

A concluzionat că nu se poate s-au format într-o spirală

fără suport gravitațional suplimentar.

Dar nu a fost luat în serios până la aproape 40 de ani mai târziu

când doi oameni de știință din Instituția Carnegie,

Vera Ruben și W. Kent Ford,

a făcut măsurători ale galaxiilor spirale

care a dus la concluzie că materia întunecată era esenţială

la structura universului.

Găsirea acesteia înseamnă că putem începe să confirmăm

secole de teorii, dar chiar mai mult,

descoperim noi noi nu mi-am putut imagina înainte.

Calorimetrul cu granularitate mare este un mare salt tehnologic

spre atingerea acestui scop.

Va fi o sarcină uriașă să produci în masă

miile de elemente care alcătuiesc întregul sistem.

UCSB este responsabil pentru stabilirea metodologiei

pentru construirea lor.

Practic, pentru a-l configura.

Stabiliți tipul de instrumentele necesare,

toate procedurile, echipamentele,

stabiliți cum să faceți acest lucru,

și apoi vom transfera această capacitate

la patru sau cinci centre din întreaga lume

care va face cea mai mare parte a producției.

Lucrăm în special la dezvoltare

un ansamblu automatizat proces pentru senzori

care va merge în HGCal.

HGC este un proiect uriaș.

Vom face 22.000 de senzori.

Acest senzor pe bază de siliciu

are un design complicat pentru a capta particulele.

Cele șase milioane de elemente detectoare ale sale

vor fi legate prin conexiuni microscopice.

Acesta este un model pe care îl avem a luat mult timp pentru a se dezvolta.

Vei observa că există multe cercuri,

fiecare dintre aceste cercuri va înconjura

una dintre deschiderile de pe PCB.

Odată ce a fost asamblat finalizat pe un portal robotizat,

îl aducem la lipirea sârmei.

Lipitorul de sârmă va face legăturile reale

de la senzor la PCB,

și de la PCB la electronica de bord

care digitalizează semnalele care sunt create

de la trecerea particulelor prin siliciu.

Odată ce îl primesc, trebuie să atașez legături de sârmă

între stratul de siliciu și PCB.

Luăm sârmă de aluminiu de 25 de microni

și folosim energie ultrasonică,

și cam vibrează cele două materiale,

și le unește într-un fel

ca să putem vorbi

între siliciu și cip.

Este foarte, foarte subțire,

și este înfășurat în jur de o jumătate de inch

sau o bobină de doi inci și trebuie să folosim un microscop

pentru a-l conduce prin fiecare dintre pene,

și asta necesită mult practică și multă frustrare.

Odată ce scriem programul și îl setăm,

apoi îl putem trimite și nimeni altcineva nu trebuie să facă asta,

asa ca trecem prin munca grea si apoi

lăsați-i să folosească programul nostru.

Dar înainte de Calorimetrul de înaltă granularitate

intră în producție completă,

echipele trebuie să se asigure că funcționează.

Testarea la CERN oferă o mediu optim cu energie ridicată

pentru a crea particule de materie întunecată.

Materia întunecată va fi cercetare foarte interesanta,

pentru că prin definiție, materia întunecată este diferită

din chestiunea obişnuită.

Nu interacționează.

A nu interacționa înseamnă că este invizibil

Pe de altă parte, dacă ajunge produs și zboară,

va purta cu el energie.

Dacă materia întunecată este formată din particule,

apoi Hadronul Mare Coliderul îl poate produce.

Munca de colaborare pentru construi și proiectează HGC

include testarea sub condiții de radiație ridicată.

Dave Barney este fizician și manager de proiect la CERN.

El este responsabil de testare.

Această gaură în care ne aflăm este una de câteva facilități

la CERN care sunt aproape exclusiv pentru testarea prototipurilor.

Faza începe în Elveția,

cu o sticlă de hidrogen gazos,

care este dezbrăcat de electroni

și rămâi doar cu protoni.

Apoi intră într-un accelerator circular,

iar apoi un alt accelerator circular.

Deci, principalul pe care îl folosim, numit SPS,

Sincrotron super proton,

este în sine un dispozitiv extrem de puternic.

Acum asta face ca protonii merg extrem de repede,

foarte aproape de viteza luminii.

Când acei protoni ating viteza maximă,

de fapt sunt extrași și sunt trimise într-un tub

și au lovit o țintă,

și un spray de altul particulele se desprind din asta.

Electroni, alți protoni, particule numite muoni, pioni.

Și apoi trimite-i pe aceștia pe această linie

în experimentul nostru.

Întotdeauna am fost amabili de împingere a granițelor

de ceea ce este capabil în tehnologie electronică

și tehnologia detectoarelor.

Acest dispozitiv trebuie să supraviețuiască la -30 de grade Celsius

într-un mediu cu radiații masive

timp de 15 ani, fără întreținere.

Radiația provine de la CERN

Ciocnitorul mare de hadroni.

Are un sistem de magneți supraconductori

care ghidează particulele în jurul sistemului său de 17 mile

aproape de viteza luminii.

Când o particulă trece prin ea,

detectorul generează un fel de semnal

care apoi electronica se amplifică și magazine, dacă este necesar.

Deci testăm, momentan,

opt dintre acestea într-un fascicul aici la CERN,

am testat până la 16 dintre acestea

într-un fascicul la Fermilab din SUA,

și încercăm să înțelegem

dacă acţionează cum ar trebui.

Acest modul este de fapt compus din mai multe straturi,

plecând de la o farfurie care se așează deasupra acestei plăci de cupru

care susține totul.

Și apoi are siliciu, și apoi are

placa de circuit imprimat pe deasupra.

Și toți sunt lipiți unul de celălalt.

Prototipul nostru se bazează pe

acești senzori hexagonali de siliciu

care sunt împărțite în hexagoane mai mici.

În mare parte, sunt unele amuzante forme în jurul marginilor,

dar sunt în mare parte hexagoane mai mici.

Deci fiecare dintre aceste hexagoane mai mici

este o particulă individuală detector, dacă vrei.

Și testăm unele dintre ele acestea într-o grindă în acest moment.

Condițiile din această zonă a liniei fasciculului

sunt similare cu condițiile din interior

Detectorul Compact Muon Solanoid.

Aceasta este o fază critică în dezvoltarea HGC.

Miza este mare, pentru că acest proiect va dura

opt ani și a costat milioane de dolari de completat.

Pentru a găsi acele câteva lucruri evazive

asta ar putea fi chiar interesant,

avem nevoie de un fără precedent precizia detectoarelor noastre

a dezlega între lucrurile plictisitoare,

lucrurile despre care știm deja,

și lucruri noi cu adevărat interesante.

Acolo este genul acesta de detector intră.

După cum a fost prezis, Înalt Calorimetru de granularitate

se dovedește a fi un mare succes,

captarea particulelor într-un larg distribuția gamelor de energie,

apropiindu-ne de deblocare

misterele profunde ale universului.

Materia întunecată este ceva care

ne duce cu adevărat la pasul următor.

Și așa va fi un moment sălbatic.

Nu există nici o îndoială.

Cele mai multe din ceea ce făceam până acum

a fost să verificăm dacă avem un concept de lucru,

asigură-te că nu suntem mergând pe drumul greșit.

Am colectat deja date despre

un teanc de 16 module la Fermilab,

un teanc de opt module la CERN

pentru a testa unele dintre absorbante

și obțineți câteva dintre primele statisticile inapoi deja.

Acest detector are capacități incredibile.

Este, de asemenea, extrem de dificil de proiectat și construit,

și să gestioneze toate acele date.

Dar dacă putem pune totul să funcționeze,

asta va fi, cred oarecum revoluționar pentru domeniu.

Când cei 22.000 plachetele de siliciu sunt finalizate

pentru HGC, o vor face dezvăluie averse de particule

mai detaliat decât oricând,

și poate prin asta vom găsi materie întunecată.

Dacă îl găsim sau nu,

are un impact asupra înțelegerii noastre

de particule în general.

Credem că trebuie să fie particule, trebuie să fie acolo,

trebuie să aibă câteva interacțiunea cu universul nostru,

dacă nu putem face acea conexiune,

trebuie să ne întoarcem la planșa de desen

și încearcă să înțelegi ce este

și cum s-a format universul.