В 2008 году за пределами Женевы, Швейцария, физики включили Большой адронный коллайдер (LHC), крупнейший в мире ускоритель частиц и самый дорогой научный эксперимент, когда-либо созданный. Для многих стоимость и ожидание того стоили. В 2012 году массивная машина обнаружила бозон Хиггса, подтвердив последний крупный фрагмент Стандартной модели физики. Но исследователи знают, что Стандартная Модель не является полной, поскольку она игнорирует такие вещи, как гравитация и темная материя. Вот почему в пятницу началось строительство крупной модернизации LHC, сообщает Ian Sample в The Guardian, и когда она будет завершена в 2026 году, более мощный ускоритель может просто разнести стандартную модель на куски или, по крайней мере, добавить несколько. морщины к теории.
Физика элементарных частиц - одна из самых сложных наук. Большинство людей с семестром химии под поясом понимают, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Но есть гораздо больше - протоны и нейтроны состоят из кварков, удерживаемых вместе глюонами, одним из нескольких типов бозонов. Другие элементарные частицы - те, которые исследователи не верят, могут быть разделены далее - включают шесть разновидностей лептонов и хиггсов, известных как скалярный бозон. Кроме того, существуют десятки частиц, состоящих из этих элементарных частиц, включая адроны, которые состоят из кварков и глюонов, и мезонов, состоящих из кварка и антикварка.
Хотя наука о частицах сложна, понять, как ученые находят новые частицы или подтверждают существование теоретических частиц, легко - они разбивают их вместе и смотрят на кусочки. По сути, именно так работает LHC, сообщает BBC - исследователи стреляют двумя пучками частиц друг в друга вокруг кольца длиной почти 17 миль почти со скоростью света. Эти лучи, управляемые мощными магнитами, затем пересекаются, в результате чего частицы врезаются друг в друга и разбиваются на элементарные частицы, которые длятся в течение доли секунды. Очень чувствительные детекторы улавливают те быстрые вспышки того, что составляет нашу вселенную.
BBC сообщает, что новое обновление будет называться LHC с высокой светимостью, и оно увеличит интенсивность этих пучков частиц, увеличивая число столкновений в пять или десять раз. Для этого, сообщает CERN, агентство, которое управляет LHC, они добавляют 130 новых мощных магнитов, которые будут более точно контролировать пучок частиц, повышая вероятность того, что частицы будут врезаться друг в друга. Они также перемещают некоторые магниты и добавляют сверхпроводящие кабели для повышения эффективности LHC. Все это приведет к столкновению в пять-десять раз больше, что означает увеличение объемов данных для изучения, и это взволновало исследователей. «LHC с высокой светимостью - это место, где мы будем собирать большую часть наших данных, и в этом смысле именно фаза нашего исследования позволяет нам больше узнать о вселенной», - говорит Тара Ширс из Ливерпульского университета, которая работает над коллайдером. Образец рассказывает. «Если LHC до сих пор дал нам свечу, чтобы осветить то, что ранее не было видно, LHC с высокой яркостью позволит нам зажечь прожектор».
Райан Ф. Мандельбаум из Gizmodo сообщает, что необходимо повышение мощности. Исследователи надеялись, что после обнаружения бозона Хиггса в 2012 году они также начнут обнаруживать другие частицы, которые могли бы пополнить наши знания о квантовом мире. Но эти находки были неуловимы. Исследователи обнаружили «дуновение» новых частиц, которые могут расстроить наши современные модели, но более надежный коллайдер поможет сделать более надежные детектирования. Мандельбаум также говорит, что может найти новые частицы, которые помогут объяснить темную материю, доказать существование новых измерений и исследовать другие глубокие загадки в физике.
«Если аномалии, которые мы видим на LHC в данный момент, проявятся в ближайшие пару лет, что они вполне могут сделать, то, что мы будем рассматривать при высокой светимости, - это физика, лежащая в основе этих открытий», - Вэл Гибсон, Профессор физики в Кембридже, который работает на коллайдере, рассказывает Образцу. «Это перевернуло бы стандартную модель с ног на голову. Это было бы совершенно потрясающе ».
Мандельбаум сообщает, что повышение мощности также необходимо, чтобы лучше справляться с Хиггсом. Хотя это было обнаружено, исследователи не увидели достаточно частиц, чтобы изучить их подробно. При нынешних скоростях LHC потребуется сто лет или больше, чтобы собрать все данные о бозоне Хиггса. С обновлением это займет около десяти. «LHC сейчас - игра чисел: нам нужно как можно больше данных. Изучить бозон Хиггса после его открытия в 2012 году, а также потому, что к настоящему времени совершенно ясно, что любые другие новые частицы могут быть редкими », - говорит ему физик Фрейя Блэкман из Vrije Universiteit Brussel в Бельгии. «Итак, нам нужно множество данных».
Модернизация машины означает, что она будет недоступна в течение двух лет, начиная с 2019 года, и снова между 2024 и 2026 годами. Ожидается, что полная модернизация будет стоить около 955 миллионов долларов. Но если история - любой урок, это может занять больше времени и стоить больше, чем ожидалось. LHC страдает из-за перерасхода средств и технических проблем, включая пару суицидальных ласок и голубя, жующего багета, каждый из которых вывел машину из строя на несколько недель.
