Великий адронний колайдер перезапускається після трирічної перерви

Великий адронний колайдер (БАК) був перезапущений у п'ятницю 22 квітня після трирічної перерви для модернізації, яка дозволить йому стикати протони на ще більших енергіях в надії зробити нові відкриття.

БАК продовжить вивчення бозона Хіггса, існування якого було доведено в 2012 році, і перевірить Стандартну модель фізики елементарних частинок після того, як недавні аномалії породили теорії про таємничу п'яту силу природи.

"Два промені протонів циркулювали в протилежних напрямках по 27-кілометровому кільцю Великого адронного колайдера відразу після полудня в п'ятницю, йдеться в заяві європейської фізичної лабораторії CERN.

Розташований на глибині понад 100 метрів під кордоном Швейцарії та Франції, колайдер був закритий з грудня 2018 року на технічне обслуговування і модернізацію, що стало другим за тривалістю перервою за його 14-річну історію.

ЦЕРН повідомив, що «відносно невелика кількість протонів» циркулювала при енергії 450 мільярдів електронвольт. «До високоінтенсивних і високоенергетичних зіткнень залишається пара місяців», - сказав співробітник ЦЕРН Родрі Джонс.

ЦЕРН заявив, що його експерти «працюватимуть цілодобово», щоб підготувати колайдер до встановлення нового рекорду в 13,6 трильйона електронвольт.

Безпрецедентна кількість майбутніх зіткнень також послужить відправною точкою для чотирирічного масивного збору та аналізу даних чотирма величезними детекторами частинок ЦЕРН.

Захоплюючі кілька років

Спостереження на Великому адронному колайдері за бозоном Хіггса розглядалося як подальше підтвердження Стандартної моделі, яка є кращою теорією вчених про найголовніші будівельні блоки Всесвіту і про те, які сили керують ними.

Але нова фаза досліджень колайдера настає в цікавий час, коли Стандартна модель піддається тиску через серію вимірювань, які, схоже, не вписуються в її рамки.

Раніше цього місяця понад 400 вчених заявили, що після десяти років вимірювань вони виявили, що бозон W має значно більшу масу, ніж допускала Стандартна модель.

Гаррі Кліфф, фізик з Кембриджського університету, сказав, що модернізація колайдера означає, що «це будуть захоплюючі кілька років».

На БАК працюють 4 основні та 3 допоміжні детектори:

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS (Compact Muon Solenoid)
LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
LHCf (The Large Hadron Collider forward)
MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb - великі детектори, розташовані навколо точок зіткнення пучків. Детектори TOTEM і LHCf - допоміжні, знаходяться на відстані в кілька десятків метрів від точок перетину пучків, займаних детекторами CMS і ATLAS відповідно.

Детектори ATLAS і CMS - детектори загального призначення, призначені для пошуку бозона Хіггса і «нестандартної фізики», зокрема темної матерії, ALICE - для вивчення кварк-глюонної плазми в зіткненнях важких іонів свинцю, LHCb - для дослідження фізики b-кварків, що дозволить краще зрозуміти відмінності між матерією і антиматерією, TOTEM - призначений для вивчення розсіювання частинок на малі кути, таких, які відбуваються при близьких прольотах без зіткнень (так звані нештовхувані частинки), що дозволяє точніше виміряти розмір протонів, а також контролювати світність колайдера, і LHCf - для дослідження космічних променів, модельованих за допомогою тих же нештовхуваних частинок.

З роботою БАК пов'язаний також сьомий, незначний у плані бюджету і складності, детектор MoEDAL, призначений для пошуку повільно рухомих важких частинок.

Під час роботи колайдера зіткнення проводяться одночасно у всіх чотирьох точках перетину пучків, незалежно від типу прискорюваних частинок (протони або ядра). При цьому всі детектори одночасно набирають статистику.

Він вивчає частинки, звані чарівними кварками, на Великому адронному колайдері і каже, що вони «поводяться не так, як ми очікували» в рамках Стандартної моделі. «Усі ці аномалії можна пояснити однією новою силою».

Зараз відомі чотири фундаментальні сили природи - гравітація, електромагнетизм, сильна і слабка ядерна взаємодія - і п'ята була б «дійсно великою проблемою».

Інше пояснення може полягати в тому, що ми знаємо менше, ніж думали. Можливо, «насправді ми дивимося на один кут картини, а є набагато ширша картина, в якій Стандартна модель має більший сенс», - сказав Гаррі Кліфф.

У будь-якому випадку, це «було б кроком на шляху до більш єдиного розуміння основних складових Всесвіту», - сказав він.

Одна з найбільших прогалин у Стандартній моделі полягає в тому, що вона не враховує темну матерію, яка, як вважається, становить значну частину Всесвіту.

Поки Великий адронний колайдер не виявив ознак темної матерії. "За своєю природою його важко виявити, - каже Гаррі Кліфф. Але він додав, що «було б великим проривом, якби ми змогли знайти частинку темної матерії».