Большой адронный коллайдер модернизируют для изучения бозона Хиггса
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Глубоко под франко-швейцарской границей замолчал крупнейший в мире научный инструмент. Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе остановлен и вступил в длительный период отключения. Тысячи учёных, инженеров и техников разбирают части машины, устанавливают новые технологии и готовят одну из самых амбициозных модернизаций в экспериментальной физике. Об этом сообщает портал Phys.org.
Когда коллайдер снова заработает, около 2030 года, он станет Большим адронным коллайдером высокой светимости (HL-LHC), способным выдавать примерно в семь раз больше данных, чем коллайдер, открывший бозон Хиггса. Открытие бозона Хиггса в 2012 году подтвердило механизм, дающий элементарным частицам массу. Хиггс был последним недостающим элементом Стандартной модели физики элементарных частиц.
Многие важнейшие вопросы теперь не о том, существует ли Хиггс, а ведёт ли он себя в точности так, как предсказано. Малейшие отклонения от Стандартной модели могут указывать на совершенно новые частицы или силы. Такие открытия помогли бы понять тёмную материю или почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии.
HL-LHC увеличит светимость коллайдера — количество протонных столкновений — примерно в семь раз за время его работы. Для физики Хиггса эти дополнительные данные будут преобразующими. Некоторые из наиболее интересных распадов бозона Хиггса — когда он превращается в другие частицы — настолько редки, что оставались за пределами возможностей сегодняшнего БАК.
Один из примеров — распад бозона Хиггса на два мюона. Другой — распад на очарованные кварки. Эти процессы проверяют, взаимодействует ли бозон Хиггса с более лёгкими частицами точно так, как предсказывает Стандартная модель. Самая амбициозная цель — наблюдение пар бозонов Хиггса, что позволит впервые измерить самосвязь Хиггса — силу, с которой поле Хиггса взаимодействует само с собой.
В HL-LHC каждое пересечение протонных пучков будет создавать до 200 одновременных протон-протонных взаимодействий. Для распутывания этого плотного клубка частиц требуются детекторы, более быстрые, точные и устойчивые к радиации, чем всё, что создавалось ранее. В экспериментах ATLAS и CMS устанавливаются новые кремниевые трекеры, способные выдерживать уровни радиации, которые быстро уничтожили бы предыдущие поколения датчиков.
Одна из инноваций — добавление точного времени. Новые детекторы времени будут измерять время прибытия частиц с точностью до нескольких десятков триллионных долей секунды. Добавляя время как четвёртое измерение к отслеживанию частиц, эти детекторы позволят физикам связать каждую частицу с правильным столкновением.
Когда HL-LHC начнёт работу, он не просто продолжит научную программу Большого адронного коллайдера. Он откроет новую эру точной физики Хиггса. Обнаружит ли он тонкие трещины в Стандартной модели или подтвердит нынешнее понимание с беспрецедентной точностью — это определит физику частиц на десятилетия вперёд.
