Большой адронный коллайдер исследует передовые достижения физики

Ученые готовятся еще раз раздвинуть границы передового края физики элементарных частиц, вновь открыв Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН недалеко от Женевы, Швейцария, после трехлетнего простоя. После успешного второго запуска, завершившегося в декабре 2018 года, БАК был намеренно закрыт для обновлений, пока команды готовились к запуску 3, который должен начаться в ближайшее время, поскольку новый запуск начнется этой весной (в более ранних отчетах ЦЕРН ожидалось, что запуск 3 будет завершен). начать уже в начале марта).

Во время остановки, которая также включала задержки из-за пандемии COVID-19, члены команды CERN готовились к новым экспериментам с коллайдером, поскольку были сделаны серьезные обновления для повышения его мощности и возможностей.

На пороге новой физики ученые стремятся использовать новые усовершенствования БАК для исследования бозона Хиггса, изучения темной материи и потенциального расширения нашего понимания стандартной модели — ведущей теории, описывающей все известные фундаментальные силы и элементарные частицы во Вселенной.

Теперь, несмотря на некоторые задержки в работе из-за пандемии COVID-19, последнее закрытие LHC было запланировано заранее для этих обновлений. Но «тот факт, что за последний год или около того из БАК не поступало так много новостей, я думаю, все равно произошел бы, потому что эта штука не совершала столкновений», — сказал Джон Эллис, физик-теоретик из ЦЕРНа. рассказал.

Однако скоро БАК вернется к тому, что у него получается лучше всего: он будет разгонять протоны (или ионы) почти до скорости света и сталкивать их друг с другом. «Эти измерения проливают свет на то, что происходит при самых высоких энергиях, которых мы можем достичь, что говорит нам о явлениях в очень ранней Вселенной», — сказал NewScientist Фил Олпорт, эксперт по детектору физики элементарных частиц в Бирмингемском университете в Великобритании. эксперименты с БАК могли позволить ученым делать.

Эти высокоэнергетические столкновения также могут позволить исследователям нестандартно мыслить в своих экспериментах и ​​попытаться разобраться в вещах, которые стандартная модель не объясняет полностью. Когда физики исследуют неизвестные, такие как темная материя и темная энергия, «эти вещи требуют расширений стандартной модели физики элементарных частиц, и все эти теории делают предсказания.

И лучшее место для проверки этих предсказаний обычно находится в самых высоких энергиях. достижимо», — добавил Олпорт. Эллис особенно заинтересован в изучении одной конкретной находки, которая действительно была сделана во время закрытия LHC, поделился он. «Одна вещь, которая, кстати, обнаружилась во время периода отключения и которая, безусловно, меня заинтриговала, — это свидетельство того, что когда низшие кварки распадаются, они могут делать это таким образом, чтобы различать электроны и мюоны», — сказал Эллис. добавив, что в рамках стандартной модели «мы ожидаем, что электроны и мюоны будут вести себя точно так же».

Однако результаты, полученные во время эксперимента LHCb, в ходе которого исследуются различия между материей и антиматерией, «указывают на то, что на самом деле они ведут себя по-разному. Между ними существует довольно значительная разница», — сказал Эллис.

Эллис указал, что предстоит еще много работы, прежде чем эти выводы будут подтверждены как конкретное открытие. Тем не менее, «это, безусловно, очень интригующе» и «было бы большим, большим открытием, если бы оно было подтверждено».

Захватывающие обновления

С новыми модернизациями ЦЕРН увеличил мощность инжекторов LHC, которые направляют пучки ускоренных частиц в коллайдер. Согласно заявлению ЦЕРН, во время предыдущего отключения в 2018 году коллайдер мог ускорять лучи до энергии 6,5 тераэлектронвольт, и это значение было увеличено до 6,8 тераэлектронвольт.

Для справки, один тераэлектронвольт эквивалентен 1 триллиону электрон-вольт, что представляет собой энергию, которую электрон получает, когда он проходит через потенциал в один вольт. Чтобы увеличить энергию протонных пучков до такого экстремального уровня, «тысячи сверхпроводящих магнитов, поля которых направляют лучи по их траектории, должны привыкнуть к гораздо более сильным токам после длительного периода бездействия во время LS2».

Приведение оборудования в соответствие с этой модернизацией — это процесс, который в ЦЕРНе называют «магнитной тренировкой» и который состоит из примерно 12 000 отдельных тестов. С «тренированными» магнитами БАК и более мощными, чем когда-либо, протонными пучками БАК сможет создавать столкновения при более высоких энергиях, чем когда-либо прежде, расширяя возможности того, что могут обнаружить ученые, использующие модернизированное оборудование.

В рамках своих текущих обновлений команда LHC даже рассматривает возможность внедрения графических процессоров (GPU), которые будут использоваться в качестве эффективных компьютерных процессоров для коллайдера, поскольку он анализирует и обрабатывает невероятное количество данных.

«Амбициозная программа модернизации БАК ставит перед собой ряд захватывающих вычислительных задач; графические процессоры могут сыграть важную роль в поддержке подходов машинного обучения для решения многих из них», — заявила Энрика Поркари, глава ИТ-отдела CERN.

После запуска 3 в 2024 году БАК снова будет модернизирован, чтобы сузить протонные пучки коллайдеров. Это позволит увеличить количество столкновений с 40 в 2018 году до 120-250, сообщает NewScientist. Эти коллективные обновления настолько сильно изменят БАК, что он будет переименован в Большой адронный коллайдер высокой светимости. Планируется, что HL-LHC будет запущен в 2028 году.