ЦЕРН анонсировал модернизацию Большого адронного коллайдера и новую эру физики высоких энергий

Большой адронный коллайдер (БАК) 29 июня был остановлен перед началом третьего длительного периода простоя (LS3) в рамках масштабной модернизации. Об этом в понедельник сообщила пресс-служба ЦЕРН (CERN) — Европейской организации по ядерным исследованиям.

В ходе работ бригады демонтируют 1,2 километра ускорителя, чтобы установить новое оборудование и подготовить лабораторию к работе с БАК высокой светимости (HiLumi LHC), следующим этапом в исследовании фундаментальных законов природы. По мере постепенного перезапуска ускорительного комплекса начиная с 2028 года, как заявляется, «начнется новая эра физики высоких энергий» — БАК HiLumi предоставит новые возможности для углубления понимания Вселенной и изучения некоторых из самых фундаментальных вопросов науки.

С момента запуска первых пучков в сентябре 2008 года Большой адронный коллайдер расширил границы науки и техники, став одним из самых амбициозных научных инструментов, когда-либо созданных. Ускоритель осуществил первые столкновения протонов в 2009 году и за три периода работы предоставил беспрецедентное количество данных.

Самое известное достижение БАК произошло 4 июля 2012 года, когда было объявлено об открытии бозона Хиггса. В последующие годы БАК позволил совершить сотни важных открытий, включая открытие более 85 адронов, установление пределов исключения для обнаружения новых частиц, исследования дисбаланса между материей и антиматерией, изучение природы кварк-глюонной плазмы и измерения, имеющие важное значение для астрофизики. БАК также способствовал инновациям в ускорительной науке, сверхпроводящих технологиях и вычислительной технике.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере полностью завершились ранним утром в воскресенье, 14 июня. В диспетчерских ALICE, ATLAS, CMS и LHCb — четырех основных экспериментов на ускорителе — ученые наблюдали, как финальные столкновения проносились по их экранам, словно красочные фейерверки.

Всего с 2010 года Большой адронный коллайдер обеспечил не менее 54 миллионов миллиардов столкновений протонов и приблизительно 300 миллиардов столкновений тяжелых ионов, не считая специальных циклов с другими атомными ядрами, такими как кислород и неон.

Большой адронный коллайдер HiLumi, ввод в эксплуатацию которого запланирован на 2030 год, увеличит светимость коллайдера в десять раз по сравнению с первоначальным проектом. Это позволит исследователям собирать значительно большие массивы данных, что даст возможность проводить точные исследования бозона Хиггса и расширит потенциал для обнаружения явлений за пределами Стандартной модели.

Новая модернизация знаменует собой самое масштабное вмешательство в ускорительный комплекс ЦЕРН со времен строительства самого БАК. В период с настоящего момента до 2030 года в этом проекте примут участие тысячи специалистов из ЦЕРН и партнерских институтов по всему миру, которые преобразуют БАК, инжекторы и их эксперименты в версии HiLumi, а также проведут необходимые проекты по модернизации всего ускорительного комплекса и экспериментальных установок: от консолидации северной зоны Суперпротонного синхротрона (SPS), демонтажа зоны мишени CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS) и преобразования северной экспериментальной пещеры 3 (ECN3) в установку со стационарной мишенью высокой интенсивности до реконструкции установки ISOLDE и консолидации систем безопасности персонала, электросети и технических галерей.

Для полного использования беспрецедентных возможностей БАК HiLumi потребуется обрабатывать от 140 до 200 протон-протонных столкновений при каждом пересечении пучка по сравнению с примерно 60 во время последнего запуска БАК. Это означает идентификацию и отбор наиболее интересных столкновений из более чем пяти миллиардов взаимодействий каждую секунду. Для решения этой задачи потребуется заменить триггерные системы, отвечающие за отбор наиболее перспективных событий для дальнейшего анализа. Эти события будут регистрироваться с использованием передовых новых технологий детекторов, включая полностью кремниевые трековые системы с миллиардами каналов считывания (гораздо больше, чем в существующих детекторах), высокоточные временные детекторы с разрешением в несколько десятков пикосекунд и новые калориметрические системы, способные работать на мегагерцовых частотах.