№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Большой адронный коллайдер перезапустился после трехлетнего перерыва

Ученые сообщили, что крупнейший в мире коллайдер частиц готов к третьему и самому мощному экспериментальному периоду.

Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН) снова запустила Большой адронный коллайдер (БАК) после трехлетнего перерыва в работе. В декабре 2018 года коллайдер был закрыт на профилактику и модернизацию. Хотя закрытие было запланированным, запустить БАК по графику помешала пандемия, и его перезапуск был перенесен еще на год.

Интересный факт

Длина окружности туннеля Большого адронного коллайдера составляет почти 27 километров.

Если все первоначальные тесты и проверки, начавшиеся в этом месяце, пройдут успешно, ученые начнут эксперименты в июне и постепенно выйдут на полную мощность к концу июля. 

Новый запуск может, наконец, выявить долгожданные «правосторонние» версии призрачных частиц – нейтрино, найти неуловимые частицы, из которых состоит темная материя, обладающая гравитацией, но не взаимодействующая со светом, и даже помочь объяснить, почему Вселенная вообще существует.

«Профилактика дала возможность развернуть многочисленные корректирующие операции по техническому обслуживанию, которые требуется для работы такой сложной машины длиной 27 километров», – Стефан Фартух, ведущий физик ЦЕРН.

С 2008 года БАК сталкивал атомы на невероятных скоростях, чтобы найти новые частицы, такие как бозон Хиггса, элементарную частицу и последнюю недостающую часть Стандартной модели, описывающей фундаментальные силы и частицы во Вселенной.

В предстоящем третьем запуске улучшенные возможности коллайдера будут сосредоточены на изучении свойств частиц в Стандартной модели, включая бозон Хиггса, и на поиске доказательств существования темной материи.

Помимо других задач, эксперимент ATLAS, крупнейший детектор частиц на БАК, попытается ответить на вопрос, который десятилетиями озадачивал ученых: почему все нейтрино, обнаруженные до сих пор, являются «левшами».

Большинство частиц бывают лево- и правосторонними. Считается, что они имеют близнецов из антиматерии, которые имеют одинаковую массу, но противоположный электрический заряд. Теоретически «правые» нейтрино должны существовать, но никто и никогда их не находил.

Нейтрино и БАК

Нейтрино – это общее название нейтральных фундаментальных частиц с полуцелым спином. Они встречаются практически везде во Вселенной, но их крайне сложно заметить. Нейтрино участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Кроме того, у них нет заряда и почти нулевая масса. Поэтому они перемещаются сквозь пространство со скоростью света, но почти никак с ним не взаимодействуют.

Однако их все же можно зафиксировать. В таких детекторах, как IceCube в Антарктиде, Super-Kamiokande в Японии и MiniBooNE в Фермилаб в Иллинойсе, используются чувствительные матрицы фотодетекторов. Они способны улавливать световые потоки, которые возникают при взаимодействии нейтрино с другими частицами в полностью темной среде.

В течение долгого времени исследователи хотели также изучить нейтрино, которые образуются в коллайдере. Все потому, что там оно возникает обычно при распаде адронов и производится при очень высоких энергиях, которые не очень хорошо изучены. И в 2018 году – перед тем, как приостановить коллайдер – ученые наконец увидели контрольные сигналы нейтрино, которые создаются при столкновении частиц.

Усовершенствованный БАК стал мощнее, он сможет разгонять частицы до еще бОльших энергий: предыдущий предел был 6,5 тераэлектронвольт (ТэВ_, теперь это значение выросло до 6,8 ТэВ. А значит, атомы будут сталкиваться друг с другом на большей скорости. Это позволит увидеть новые типы частиц.

БАК также будет чаще сталкивать атомы друг с другом, что должно облегчить ученым поиск необычных частиц, которые очень редко образуются во время столкновений. Модернизация детектора БАК позволит его инструментам собирать высококачественные данные об этом новом энергетическом режиме. Но хотя эксперименты на БАК будут доставлять терабайты данных каждую секунду, сохранить и изучить можно лишь небольшую их часть.

Ученые также надеются разрешить одну из главных загадок Вселенной. Считается, что материя и антиматерия образовались в равных количествах при Большом взрыве. Теоретически это означает, что они должны были аннигилировать при контакте, не оставив после себя ничего. Тем не менее, наша Вселенная существует и в основном состоит из материи.

Планируется, что третий запуск продлится до конца 2025 года. Ученые уже обсуждают следующий раунд обновлений, который будет реализован после запуска третьей фазы экспериментов, что еще больше увеличит количество одновременных столкновений атомов, а также улучшит чувствительность приборов.