Самый мощный в мире ускоритель частиц в понедельник прекратит работу на четыре года для модернизации, чтобы значительно увеличить его способность сталкивать частицы и потенциал для раскрытия одной из величайших загадок Вселенной: темной материи.
Большой адронный коллайдер (БАК) — 27-километровый кольцевой туннель, пронзающий протоны, расположенный в сердце европейской физической лаборатории ЦЕРН недалеко от Женевы — наиболее известен тем, что с его помощью было доказано существование бозона Хиггса, названного «частицей Бога».
В туннеле, проходящем примерно в 100 метрах под землей в районе франко-швейцарской границы, сверхпроводящие магниты и ускоряющие структуры разгоняют частицы до экстремальных энергий, а затем сталкивают их друг с другом на феноменальных скоростях.
Но с понедельника работа прекратится, поскольку экстраординарное устройство подвергнется модернизации, направленной на дальнейшее повышение точности и интенсивности столкновений частиц.
После завершения модернизации улучшенный ускоритель частиц, получивший название Большой адронный коллайдер высокой светимости (HL-LHC), по плану начнет работу в июне 2030 года и будет функционировать около десяти лет.
- Впереди «много открытий» -
«Это очень важный момент. С понедельника мы вступаем в новую фазу», — заявил журналистам руководитель проекта HL-LHC Маркус Церлаут.
«У нас все еще остается много вопросов по физике без ответов. Предстоит сделать еще много открытий».
Цель — увеличить «светимость», то есть общее количество столкновений, производимых за определенный период, в 10 раз по сравнению с БАК.
Ожидается, что общая стоимость модернизации составит 1,2 миллиарда швейцарских франков (1,5 миллиарда долларов США).
Эта сумма будет покрыта за счет членских взносов ЦЕРН, а также за счет натуральных взносов, составляющих 10-15 процентов от общей суммы, в том числе из США, Японии, Канады и Китая.
Модернизация потребует полной замены компонентов на участке протяженностью 1,2 километра в 27-километровом туннеле.
Будут установлены новые сверхпроводящие магниты, способные еще больше концентрировать пучки частиц, чтобы увеличить количество столкновений.
После начала работы в детекторах внутри туннеля будет происходить от 140 до 200 столкновений каждый раз, когда встречаются два пакета частиц, по сравнению с 60 в настоящее время.
В целом, «увеличенное количество столкновений позволит нам собирать до 100 раз больше данных», — сказал Церлаут.
Количество столкновений будет настолько велико — несколько миллиардов в секунду, — что сохранить все производимые данные будет невозможно.
Какие столкновения следует записывать, нужно будет выбирать в реальном времени — задача, которая будет возложена на системы искусственного интеллекта, способные выявлять наиболее многообещающие события.
Но «ИИ не заменяет физиков», — настаивает Недаа-Александра Асба, физик-исследователь эксперимента ATLAS в ЦЕРН, который помог открыть бозон Хиггса с помощью БАК.
«Это мощный инструмент, который помогает нам лучше использовать данные».
- Большой взрыв -
HL-LHC стремится углубить фундаментальные знания, что является основной миссией ЦЕРН.
«Мы хотим искать новые частицы», — сказал Филип Муртгат, координатор операций CMS — детектора БАК, предназначенного для изучения широкого круга физических областей, включая поиск других измерений и поиск частиц темной материи.
Ученые полагают, что обычная материя — такая как звезды, газы, пыль, планеты и все, что на них находится — составляет лишь пять процентов Вселенной.
Считается, что остальное состоит из темной материи (27 процентов) и темной энергии (68 процентов) — двух невидимых компонентов, которые ученые еще не обнаружили и не наблюдали напрямую.
Открытие бозона Хиггса в 2012 году стало важной частью головоломки: оно расширило понимание наукой того, как частицы приобретают массу, и принесло физикам Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру Нобелевскую премию по физике 2013 года.
После завершения модернизации ЦЕРН надеется значительно расширить свое понимание того, как работает «частица Бога»: ожидается, что HL-LHC произведет около 380 миллионов бозонов Хиггса за время своей работы, по сравнению с 55 миллионами, найденными с момента начала работы БАК в 2008 году.
Главная надежда лаборатории, тем временем, состоит в том, чтобы произвести два бозона Хиггса одновременно, что было бы первым случаем, и увидеть их взаимодействие, сказала Асба.
Это, по ее словам, «может дать ключ к разгадке того, как наша Вселенная развивалась вскоре после Большого взрыва».
apo/nl/rh