Большой адронный коллайдер запустят после трехлетнего простоя
После того, как успешный второй запуск БАК закончился в декабре 2018 года, коллайдер закрыли на модернизацию, призванную увеличить его мощности и возможности. Теперь команда БАК объявила о новом — уже третьем — запуске коллайдера, который начнется этой весной: возможно, это случится уже в конце марта. Во время остановки, продолжительность которой была вызвана, в том числе, пандемией COVID-19, члены команды CERN готовились к новым экспериментам с коллайдером.
Читайте «Хайтек» в
Предвосхищая новые физические открытия, ученые стремятся использовать усовершенствования БАК для исследования бозона Хиггса, темной материи и потенциального расширения нашего понимания теории, описывающей все известные фундаментальные силы и элементарные частицы во Вселенной.
В ближайшее время БАК вернется к тому, что у него получается лучше всего — он будет разгонять протоны и ионы почти до скорости света и сталкивать их друг с другом.
Эти высокоэнергетические столкновения позволят исследователям в своих экспериментах разобраться в вещах, которые стандартная модель не объясняет полностью.
С новыми модернизациями ЦЕРН увеличил мощность инжекторов LHC, которые направляют пучки ускоренных частиц в коллайдер. Согласно заявлению ученых, во время предыдущего запуска в 2018 году, коллайдер мог ускорять лучи до энергии 6,5 тераэлектронвольт — теперь же это значение увеличено до 6,8 тераэлектронвольт (один тераэлектронвольт эквивалентен 1 триллиону электрон-вольт).
Чтобы увеличить энергию протонных пучков до такого экстремального уровня, «тысячи сверхпроводящих магнитов, поля которых направляют лучи по их траектории, должны привыкнуть к гораздо более сильным токам после длительного периода бездействия», — рассказали в ЦЕРН.
С «тренированными» магнитами, и более мощными, чем когда-либо, протонными пучками, коллайдер сможет создавать столкновения при более высоких энергиях, чем когда-либо прежде.
Это расширит возможности того, что могут обнаружить ученые, использующие модернизированное оборудование.
Учитывая обновления, исследователи рассматривают возможность внедрения графических процессоров (GPU), которые будут использоваться в качестве эффективных компьютерных процессоров для коллайдера, поскольку они анализируют и обрабатывают невероятное количество данных.
«Амбициозная программа модернизации БАК ставит перед собой ряд захватывающих вычислительных задач: графические процессоры могут сыграть важную роль в поддержке подходов машинного обучения для решения многих из них», — заявила Энрика Поркари, глава ИТ-отдела CERN.
Читать далее
Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида
Опасность бесплатных VPN. Почему их нельзя скачивать и как защитить себя?
Почему Ганимед — самый странный спутник и есть ли на нем жизнь
Полный вперед.
Когда Большой адронный коллайдер выйдет на охоту за пятой силой природыВ ЦЕРНе рассказали, когда коллайдер возобновит свою работу после почти четырех лет модернизаций и простоя из-за коронавируса.
Related video
В Швейцарии, 5 июля, возобновит свою научную деятельность крупнейший в мире Большой адронный коллайдер (БАК). Ученые надеются, что ускоритель поможет им разобраться в физике элементарных частиц.
Третий раунд экспериментов на БАК начнется после 4-летнего простоя, который был продлен также из-за пандемии коронавируса. Европейская организация по ядерным исследованиям ЦЕРН собирается транслировать онлайн новый пуск коллайдера, пишет Inverse.
Физики возлагают большие надежды на новый запуск. Дело в том, что недавние исследования в области физики намекнули на существование пятой силы природы и бросили вызов Стандартной модели физики. Возможно, Большой адронный коллайдер сможет подтвердить открытие.
Предназначение Большого адронного коллайдера
Если объяснять задачу БАК простыми словами, то коллайдер – это устройство, которое сталкивает частицы друг с другом, чтобы узнать больше о них самих.
Процесс похож на то, как если бы люди разбивали сложные электронные устройства, чтобы посмотреть из каких компонентов они состоят. Как ни странно, это лучший способ, при помощи которого физики могут заглянуть в квантовый мир, чьи масштабы в миллионы раз меньше атомов.
Проблема заключается в том, что большинство из сталкиваемых частиц являются фантомами, которые почти не взаимодействуют с внешним миром или существуют всего доли секунды. Такие частицы скорее всего, останутся незамеченными, даже если наблюдать за процессом с помощью очень мощных детекторов. Но к счастью, физики могут обнаруживать их “мерцание” в высокоэнергетическом супе, который на мгновение появляется внутри коллайдера при столкновении частиц.
Модернизация БАК, которая была проведена в последние годы, увеличила его мощность, что позволит сделать еще больше открытий в субатомном мире.
Фото: wikipedia
Размер БАК поражает воображение.
Он расположен в круглом туннеле с 27 км в окружности и 4 метрами в ширину. Туннель закопан на несколько этажей под землей, он тянется от штаб-квартиры ЦЕРН в пригороде Женевы, проходит под горами Юра вдоль франко-швейцарской границы и возвращается к штаб-квартире.
Такой гигантский размер обусловлен тем, что большая окружность позволяет пучкам частиц приближаться к скорости света. В свою очередь, это позволяет достигать более высоких энергий в БАК, что дает ученым возможность видеть больше частиц при столкновениях.
Несмотря на это, ученые уже задумываются над созданием преемника БАК Future Circular Collider, чья окружность может быть почти в четыре раза больше.
Открытия Большого адронного коллайдера
Самым громки открытием, сделанным на БАК, является бозон Хиггса или как его называют “частицей Бога”. Его открытие было крайне важным для физики элементарных частиц, поскольку позволило подтвердить теории о том, как Вселенная работает в самых ее крошечных масштабах.
Но бозон Хиггса крайне нестабилен, он почти мгновенно распадается на части.
Столкновение частиц в БАК.
Фото: wikipedia
Бозон Хиггса впервые был теоретически описан еще в 1960-х годах, с тем самых пор ученые искали его на протяжении десятилетий. Поиски были завершены на БАК в 2012 году. Поиск “частицы Бога” был одной из причин, почему Большой адронный коллайдер был построен.
Несмотря на то, что частица была открыта, ученые все еще не до конца понимают ее свойства. Разобраться в этом еще предстоит работникам ЦЕРНа.
Новые эксперименты на БАК
Предстоящие эксперименты на БАК будут сосредоточены на поисках неизвестной науки.
По сути, БАК – это не один эксперимент, а сразу несколько, где каждый ищет свою частицу или исследует новое направление физики.
Множество детекторов, расположенных вдоль контура ускорителя позволяют отслеживать множество целей. За каждый детектором БАК стоят сотни ученых со всего мира.
Из всех проводимых экспериментов можно выделить четыре самых больших:
- ATLAS и CMS или эксперименты “общего назначения”. Они нацелены на широкий спектр частиц, которые проходят через имеющиеся детекторы. Именно в ходе этих двух экспериментов и был найден бозон Хиггса.
- Эксперимент ALICE занят изучением редкой фазы материи, которую называют “кварк-глюонной плазмой” – атомы в ней тают как лед, превращаясь в супергорячий суп. Эксперты полагают, что именно такая плазма преобладала во Вселенной сразу после Большого взрыва.
- LHCb – самый маленький из четырех детекторов, который занимается поиском всего одной частицы – b-кварка (или “красивого кварка”). Физики полагают, что b-кварк поможет им понять различия между обычной материей и антиматерией. Известно, что материя и антиматерия уничтожают друг друга при соприкосновении.
Во время Большого взрыва во Вселенной должно было появиться поровну материи и антиматерии, но первой оказалось больше. Пока ученые не могут найти объяснение имеющемуся дисбалансу.
Во время Большого взрыва во Вселенной должно было появиться поровну материи и антиматерии, но первой оказалось больше. Пока ученые не могут найти объяснение имеющемуся дисбалансу.Фундаментальные вопросы
На протяжении нескольких десятилетий физика элементарных частиц подчиняется Стандартной модели. В нем представлены главные частицы во Вселенной (которых всего 17) и то, как они взаимодействуют между собой. Также в этой схеме описываются четыре фундаментальных силы во Вселенной: сильное ядерное взаимодействие, которое скрепляет частицы внутри ядра атома; слабое взаимодействие, которое управляет процессом бета-распада атомных ядер; и электромагнетизм.
Десятилетия Стандартная модель объясняла те или иные процессы в физике элементарных частиц. Но с течением времени ученые все чаще приходят к выводу, что Стандартная модель не может ответить на все вопросы. Например, имеющаяся модель не объясняет четвертую фундаментальную силу – гравитацию. Также в ней нет места для темной материи, количество которой в пять раз превосходит количество обычной материи во Вселенной.
БАК расположен в круглом туннеле с 27 км в окружности.
Фото: CERN
Все эти вопросы заставляют физиков предполагать, что где-то должна скрываться пятая фундаментальная сила. Возможно, она каким-то образом связана с темной энергией, которая представляет из себя неуловимую форму энергии, ответственную за расширение Вселенной.
Кроме этого, некоторые научные эксперименты намекают на существование частиц, которых вообще нет в общепринятой Стандартной модели.
Совсем недавно, во время экспериментов в лаборатории Ферми, обнаружили, что W-бозон имеет большую массу, чем ожидалось. Открытие может показаться незначительным, но оно серьезно нарушает Стандартную модель. Физики надеются, что смогут разобраться с появившейся загадкой с помощью экспериментов на БАК.
2022 Digital Media Kit: Higgs10, LHC Run 3 и перезапуск
Крупнейший и самый мощный в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер (LHC), был перезапущен 22 апреля 2022 года после более чем трех лет технического обслуживания, консолидации и модернизации.
Перезапуск ознаменовал собой начало подготовки к третьему запуску БАК под названием Run 3, в ходе которого планируется четыре года сбора физических данных при рекордной для мира энергии столкновения в 13,6 триллиона электронвольт (13,6 ТэВ).
Запуск 3 начался 5 июля, на следующий день после #Higgs10, 10-й годовщины открытия бозона Хиггса.
Ресурсы для журналистов по этим ключевым вехам добавлены ниже.
Бозон Хиггса
Справочная информация
Что особенного в бозоне Хиггса?
Фабиола Джанотти, Генеральный директор ЦЕРН
На какие вопросы может ответить бозон Хиггса?
Тианн-Тевонг Ю, физик-теоретик
Зачем продолжать изучение бозона Хиггса?
Андреас Хёккер, представитель эксперимента ATLAS
Что может дать прогон 3 для измерений бозона бозона Хиггса?
Лука Мальгери, представитель эксперимента CMS
видео
изображение
Галерея изображений бозона Хиггса
БАК, запуск 3
Справочная информация
Большой адронный коллайдер высокой светимости
Справочная информация
Что ЦЕРН собирается делать во время запуска 3?
Фабиола Джанотти, Генеральный директор ЦЕРН
Что мы называем «забегом» на БАК?
Ренде Стеренберг, руководитель группы операций отдела балок
Что нового в третьем запуске БАК?
Майк Ламонт, директор по ускорителям и технологиям
Pourquoi le Run 3 наиболее важен для LHC?
Малика Меддахи, заместитель директора по ускорителям и технологиям
Что ALICE ожидает от запуска 3?
Лучано Муса, представитель эксперимента ALICE
Что ATLAS ожидает от Run 3?
Андреас Хёккер, представитель эксперимента ATLAS
Что CMS ожидает от Run 3?
Лука Мальгери, представитель эксперимента CMS
Что LHCb ожидает от Run 3?
Крис Паркс, представитель эксперимента LHCb
Каковы ваши физические ожидания от Run 3?
Софи Реннер, физик-теоретик ЦЕРН
Каких результатов вы ожидаете от запуска 3?
Микеланджело Мангано, физик-теоретик ЦЕРН
Большой адронный коллайдер перезапускается
Обновление СМИ
Обновления ускорителей во время LS2
Справочная информация
Обновления LHC во время LS2
Справочная информация
ALICE обновляется во время LS2
Справочная информация
Обновления ATLAS во время LS2
Справочная информация
Обновления CMS во время LS2
Справочная информация
Обновления LHCb во время LS2
Исходная информация
Модернизированный LHC начинает эпический поиск новой физики
Лучевая трубка эксперимента LHCb в ЦЕРН
Эксперименты на самом мощном в мире коллайдере частиц возобновились в ЦЕРН, европейской лаборатории физики элементарных частиц, после трехлетней модернизации оборудования.
Во время третьего запуска протонные пучки Большого адронного коллайдера (БАК) будут циркулировать с более высокой интенсивностью и рекордными энергиями. Физики хотят использовать столкновения, чтобы узнать больше о Вселенной в самых маленьких масштабах и решить такие загадки, как природа темной материи.
В 16:47 5 июля по местному времени физики лаборатории недалеко от Женевы, Швейцария, включили детекторы и начали собирать данные. Серия следует за сериями 2009–13 и 2015–18 годов. «Впервые за долгие годы после пандемии мы открываем окно во Вселенную, чтобы посмотреть, из чего она состоит», — говорит Тара Ширс, физик элементарных частиц из Ливерпульского университета, Великобритания. и член коллаборации LHCb, которая специализируется на изучении поведения фундаментальной частицы, называемой «b», или «красавица», кварком.
Как обновленный Большой адронный коллайдер будет охотиться за новой физикой
Более компактные пучки протонов позволят БАК дольше поддерживать пиковую частоту столкновений, что позволит экспериментам собрать больше данных в этом запуске, чем в предыдущих двух вместе взятых.
Энергия столкновения в 13,6 триллиона электрон-вольт (ТэВ) по сравнению с 13 ТэВ в предыдущем запуске повышает вероятность создания более тяжелых и неизвестных частиц (см. «Увеличение данных»). «Благодаря данным с более высокой энергией и большим объемом данных мы можем смотреть дальше. Это действительно очень захватывающе», — говорит Ширс.
Физики воспользуются потоком данных, чтобы узнать больше о бозоне Хиггса, который был открыт в ЦЕРНе десять лет назад на этой неделе и в отношении которого остается множество вопросов. Они будут применять новые методы анализа, чтобы искать физику за пределами стандартной модели, описывающей известные частицы и их взаимодействия. И они изучат список существующих аномальных результатов, которые не согласуются с теорией.
Ник Спенсер/Nature; Источник: ЦЕРН
. Эти расхождения включают явное предпочтение нижних кварков распадаться на электроны, а не на их более тяжелых собратьев, мюонов, тогда как стандартная модель предсказывает примерно равное количество обоих.
Если такие аномалии настоящие, они могли бы помочь физикам объяснить загадочные особенности Вселенной, которые не может объяснить стандартная модель — например, почему материя есть везде, а антиматерии мало. Но если аномалии возникли из-за случайных флуктуаций, больше данных увидит, что намеки исчезают.
Возвращение на луч
Лучи циркулируют в LHC с апреля, и произошло несколько столкновений. Но только сегодня луч был признан достаточно безопасным для запуска экспериментов. Среди них ATLAS и CMS, эксперименты общего назначения LHC, предназначенные для изучения широкого круга физических явлений.
Пучок частиц способен повредить детекторы и механизмы, поэтому инженеры будут начинать с осторожностью, циркулируя только минимальное количество протонов. Это число будет увеличиваться в течение года, говорит Майк Ламонт, директор по ускорителям и технологиям в ЦЕРНе. В конце концов, энергия крошечного пучка частиц будет равна энергии поезда, движущегося со скоростью 150 километров в час, «поэтому мы должны быть очень, очень осторожны с этим», — говорит он.
С днем рождения, бозон Хиггса! Что мы знаем и чего не знаем о частице
Во время планового длительного отключения, которое было продлено из-за пандемии COVID-19, команда ЦЕРН модернизировала ускорительный комплекс, который генерирует и ускоряет пучок частиц. Это включало установку нового источника протонов, чтобы заменить технологию, которая использовалась в ЦЕРН с 1978 года.
Физики модернизировали детекторы экспериментов LHC, в частности, улучшили их электронику и вычислительную систему, чтобы справиться с большей интенсивностью столкновений. В экспериментах CMS и ATLAS БАК будет сталкивать сгустки примерно из 100 миллиардов протонов со скоростью 40 миллионов столкновений в секунду. Каждый из них произведет около 60 протон-протонных столкновений, каждый из которых породит сотни частиц.
Два больших эксперимента были полностью переработаны: LHCb и ALICE, которые изучают плотную форму материи, известную как кварк-глюонная плазма. В то время как CMS и ATLAS должны, по сути, удвоить скорость создания данных, скорость LHCb будет в 10 раз выше, чем была, а ALICE будет стремиться регистрировать в 50 раз больше столкновений, чем раньше.
Машина высокой яркости
Луч, который питает все детекторы, начинается с низкой интенсивности, поэтому потребуются месяцы, прежде чем будет доступно достаточно данных для серьезного анализа, говорит Ширс. Физикам нужно будет перекалибровать эксперименты для нового луча и убедиться, что обновленные детекторы работают должным образом, прежде чем делать новые выводы. «Вы не увидите результатов в первый же день», — говорит она.
БАК будет работать четыре года, пока столкновения не прекратятся, чтобы освободить место для модернизации до еще более мощной машины. Этот, известный как БАК высокой светимости, начнет работать в 2029 году и в конечном итоге будет производить в десять раз больше данных, чем первые три запуска БАК вместе взятые.
В преддверии запуска генеральный директор ЦЕРН Фабиола Джанотти сказала, что она мечтала, чтобы третий запуск БАК обнаружил частицы, из которых состоит темная материя — загадочное вещество, которое, по мнению физиков, составляет 85% материи во Вселенной.