Большой адронный коллайдер начал охоту за пятой силой природы
Большой адронный коллайдер (БАК) был снова запущен после трехлетнего перерыва на техническое обслуживание и модернизацию — первый луч был отправлен по туннелю сегодня утром (22.04.2022) незадолго до 10:00 по московскому времени. БАК работает, сталкивая атомы вместе, чтобы разделить их на части и обнаружить субатомные частицы, которые существуют внутри них, и то, как они взаимодействуют.
ЦЕРН, Европейская организация ядерных исследований, закрыла коллайдер в 2019 году, чтобы провести работы по повышению чувствительности инструментов. Это даст исследователям возможность заглянуть внутрь атомов с более высоким разрешением — собирать данные 30 миллионов раз в секунду — и позволит проводить больше запусков. Запуск БАК длиной почти 17 миль — сложный процесс, требующий, чтобы все «работало как оркестр», особенно после длительного закрытия из-за Covid-19. «Это не нажатие кнопки», — объяснил Ренде Стеренберг, отвечающий за работу диспетчерской в ??ЦЕРН в Швейцарии, где находится диспетчерская коллайдера.
«Это сопровождается определенным чувством напряжения и нервозности», — пояснил он, добавив, что многое может пойти не так, включая препятствия в туннеле и проблемы с магнитами. Физики элементарных частиц надеются, что обновления помогут им открыть новую фундаментальную силу природы, добавить к четырем основным силам — гравитационной, электромагнитной, сильной и слабой — и помочь объяснить основы Вселенной.
Другая надежда заключается в том, что возобновление столкновений поможет в поисках так называемой «темной материи», которая находится за пределами видимой Вселенной и составляет большую часть материи в известной Вселенной, считают исследователи. Потенциальные ловушки, с которыми столкнулась команда запуска, включали обнаружение препятствия и усадку материалов из-за колебания температуры почти на 300 градусов. Они также столкнулись с вероятностью возникновения трудностей с тысячами магнитов, которые помогают удерживать миллиарды частиц в узком пучке, когда они кружат над туннелем коллайдера под швейцарско-французской границей.
Стееренберг сказал, что система должна работать «как оркестр», пояснив, что «для того, чтобы луч прошел вокруг, все эти магниты должны выполнять правильные функции и выполнять правильные действия в нужное время». В пятницу частицы впервые с декабря 2018 года прошли через почти 17-мильное кольцо коллайдера. Однако для того, чтобы БАК разогнался до полной скорости, потребуется от шести до восьми недель, после чего столкновения протонов могут произойти снова.
Глава отдела пучков ЦЕРН Родри Джонс сказал: «Эти пучки циркулировали при энергии инжекции и содержали относительно небольшое количество протонов. «Высокоинтенсивные и высокоэнергетические столкновения ожидаются через пару месяцев. Но первые лучи представляют собой успешный перезапуск ускорителя после всей тяжелой работы во время длительного простоя». Серия столкновений LHC, наблюдавшихся в ЦЕРНе в период с 2010 по 2013 год, принесла доказательства существования долгожданного бозона Хиггса. Считается, что вместе со связанным с ней энергетическим полем эта частица сыграла жизненно важную роль в формировании Вселенной после Большого взрыва 13,7 миллиарда лет назад.
Но физикам элементарных частиц еще многое предстоит открыть, и модернизация позволит им заглянуть глубже в скрытую квантовую реальность, чем когда-либо прежде. Это также потенциально поможет в открытии основ большой вселенной, позволяя понять темную материю. Считается, что темная материя в пять раз более распространена, чем обычная материя, но она не поглощает, не отражает и не излучает свет.
Поиски пока не увенчались успехом. «Мы собираемся резко увеличить количество столкновений и, следовательно, вероятность новых открытий», — сказал Стиренберг, добавив, что коллайдер должен работать до следующего отключения с 2025 по 2027 год. LHC впервые был запущен 10 сентября 2008 года, и, несмотря на несколько сбоев, вызвавших его отключение, все, что он обнаружил, соответствовало стандартной модели. Это основная, руководящая теория физики элементарных частиц, разработанная в 1970-х годах, но с ней есть проблемы, поскольку она не может объяснить некоторые аспекты физики. Данные, собранные во время одного эксперимента на БАК, показали, что частицы могут вести себя так, как не объясняет стандартная модель, которая также не объясняет темную материю.
Этот эксперимент по распаду частиц, известных как кварки красоты, показал, что они превращаются в мюоны на 15 процентов реже, чем предсказывалось. Это говорит о том, что во Вселенной действует неизвестный фактор, и многие подозревают, что это новый тип силы, склоняющей чашу весов. Команда планирует снова провести эксперимент, используя более чувствительное оборудование на обновленном БАК. «Ставки чрезвычайно высоки, — сказал The Guardian доктор Митеш Патель, физик из Имперского колледжа Лондона, отвечающий за первоначальный эксперимент.
«Если мы подтвердим это, это будет революция, какой мы не видели — уж точно при моей жизни. Ты же не хочешь все испортить. В 2018 году команда предположила, что вероятность случайного открытия, которое они сделали, составляла один к тысяче, но для объявления новой силы природы золотой стандарт составляет один к 3,5 миллионам. Поэтому им нужно больше данных, чтобы доказать, что это был не просто сбой в оборудовании или в схеме эксперимента. Это последнее обновление знаменует собой начало третьего запуска БАК и включает в себя установку более мощных магнитов, которые сжимают протоны внутри коллайдера в более плотные пучки, увеличивая частоту столкновений частиц. Ученые смогут использовать это для наблюдения большего количества событий, более редких событий и делать это с гораздо большей точностью, чем это было возможно ранее.
Майк Ламонт, директор CERN по ускорителям и технологиям, сказал, что LHC будет работать с еще более высокой энергией и, благодаря значительным улучшениям в инжекторном комплексе, он предоставит значительно больше данных для модернизированных экспериментов LHC. Команды со всего мира помогли Большому адронному коллайдеру достичь рекордных уровней энергии во время третьего физического запуска. Команды из Великобритании провели серию жизненно важных рабочих пакетов, направленных на улучшение работы каждого из четырех основных инструментов БАК. Вклад Великобритании в модернизацию составляет более 25 миллионов фунтов стерлингов и финансируется Советом по науке и технологиям (STFC).
Исполнительный председатель STFC и физик частиц профессор Марк Томсон сказал, что это продолжает «сильные и плодотворные» отношения между Великобританией и ЦЕРН. «Меня никогда не перестанет впечатлять то, как наши ученые и инженеры с их невероятным мастерством и опытом могут продолжать совершенствовать эти передовые объекты, используя все более инновационные технологии. «Мировое научное сообщество теперь с нетерпением ждет результатов нового запуска, в ходе которого будут исследованы некоторые из недавних намеков на новую физику, обнаруженные на БАК и в других местах». Министр науки Джордж Фриман сказал: «Благодаря нашей ведущей роли в глобальных проектах такого масштаба Великобритания укрепляет свою роль мировой научной сверхдержавы и помогает удерживать талантливых ученых высочайшего уровня в Великобритании».
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
