Large Hadron Collider, acceleratorul de particule de la Geneva, repornit după o pauză de trei ani

Oamenii de știință se pregătesc să depășească din nou granițele fizicii particulelor de îndată ce Acceleratorul de particule de la Geneva, cunoscut sub numele de Large Hadron Collider (LHC), va fi repornit după o pauză de 3 ani.

După ce Runda a 2-a s-a încheiat cu succes în decembrie 2018, LHC a fost închis intenționat pentru actualizări, în timp ce echipele se pregăteau pentru Runda a 3-a, care urmează să înceapă în curând. Noua Rundă de experimente de la Acceleratorul de particule de la Geneva va începe în această primăvară (informările anterioare de la CERN spuneau că Runda a 3-a ar putea debuta la începutul lunii martie).

• O nouă teorie a dezvăluit forma fotonilor
• S-a descoperit că astronauții procesează sarcinile mai lent în spațiu

În timpul opririi, care a inclus și întârzieri cauzate de pandemia de COVID-19, membrii echipei CERN s-au pregătit pentru noi experimente cu acceleratorul, pe măsură ce se se făceau modernizări majore pentru a-i spori puterea și capacitățile.

Studiul universului timpuriu

Oamenii de știință sunt dornici să valorifice modernizările lui LHC pentru a investiga bosonul Higgs, pentru a explora materia întunecată și, potențial, să extindă înțelegerea modelului standard al fizicii, teoria principală care descrie toate forțele fundamentale cunoscute și particulele elementare din univers.

Deși au existat unele întârzieri în lucru din cauza pandemiei de COVID-19, cea mai recentă oprire a LHC a fost planificată în prealabil pentru aceste modernizări. Dar „oricum nu ar fi apărut foarte multe știri despre accelerator în ultimul an pentru că acesta nu accelera nimic”, a spus John Ellis, fizician la CERN.

Însă LHC va reîncepe curând să facă ceea ce face cel mai bine: să accelereze protoni (sau ioni) până aproape de viteza luminii și să-i lovească unul de altul.

„Aceste măsurători aruncă lumină asupra a ceea ce se întâmplă la cele mai înalte energii pe care le putem atinge, ceea ce ne oferă informații despre fenomenele din universul foarte timpuriu”, a declarat Phil Allport, de la Universitatea din Birmingham din Marea Britanie.

Modelul Standard al fizicii particulelor va fi pus din nou la încercare

Aceste coliziuni de înaltă energie ar putea, de asemenea, să le permită cercetătorilor să gândească în afara cutiei în ceea ce privește experimentele și să încerce să înțeleagă lucruri pe care modelul standard nu le explică pe deplin.

Când fizicienii explorează necunoscute precum materia întunecată și energia întunecată, „aceste lucruri necesită extensii ale modelului standard de fizică a particulelor pentru a se adapta și toate acele teorii emit predicții. Cel mai bun loc în care pot fi testate aceste predicții este, de obicei, la cele mai înalte energii care pot fi atinse”, a adăugat Allport.

O descoperire neașteptate făcută când Acceleratorul de particule de la Geneva urma să fie oprit

John Ellis este interesat în mod special de explorarea unei descoperiri speciale care a venit de fapt în timpul închiderii LHC, a spus el.

„Un lucru care, apropo, a apărut în timpul perioadei de oprire și care cu siguranță mă intrigă este această dovadă că, atunci când quarcii de fund se dezintegrează, ei pot face acest lucru într-un mod care să facă distincția între electroni și muoni”, a spus Ellis, adăugând că în cadrul modelului standard „ne așteptăm ca electronii și muonii să se comporte exact în același mod”.

Cu toate acestea, descoperiri precum cele din experimentul LHCb, care investighează diferențele dintre materie și antimaterie, „indică faptul că de fapt nu se comportă în același mod. Există o diferență destul de semnificativă”, a spus Ellis.

Ellis a precizat că mai este mult de făcut înainte ca aceste descoperiri să fie confirmate drept o descoperire concretă. Cu toate acestea, „este cu siguranță foarte intrigant” și „ar fi o descoperire majoră, dacă ar fi confirmată”.

Modernizările primite de Acceleratorul de particule de la Geneva

Odată cu noile modernizări, CERN a crescut puterea injectoarelor LHC, care inserează fascicule de particule accelerate în accelerator. La momentul opririi anterioare din 2018, aparatul putea accelera fasciculele până la o energie de 6,5 teraelectronvolți, iar această valoare a fost crescută la 6,8 teraelectronvolți, potrivit unui comunicat al CERN.

Pentru comparație, un singur teraelectronvolt este echivalent cu 1 trilion de electron volți (un electron volt, o unitate de energie, este echivalent cu munca efectuată asupra unui electron care accelerează prin potențialul unui volt).

Pentru a crește energia fasciculelor de protoni la un nivel atât de extrem, „miile de magneți supraconductori, ale căror câmpuri direcționează fasciculele în jurul traiectoriei lor, trebuie să se obișnuiască cu curenți mult mai puternici după o perioadă lungă de inactivitate în timpul LS2”, se spunea în același comunicat al CERN.

„Încălzirea” echipamentului după această actualizare este un proces pe care CERN îl numește „antrenament magnetic” și care este alcătuit din aproximativ 12.000 de teste individuale.

Cu magneții „antrenați” și cu fasciculele de protoni mai puternice ca niciodată, Acceleratorul de particule de la Geneva va fi capabil să creeze coliziuni la energii mai mari decât oricând înainte, extinzând posibilitățile a ceea ce ar putea găsi oamenii de știință folosind echipamentul îmbunătățit.

LHC va primi un nou nume spre finalul acestui deceniu

Ca parte a actualizărilor sale în curs de desfășurare, echipa LHC are în vedere chiar implementarea de unități de procesare grafică (GPU) care să fie utilizate ca procesoare computerizate eficiente pentru accelerator, deoarece analizează și procesează o uriașă cantitate de date, notează Space.com.

„Programul ambițios de modernizare al LHC reprezintă o serie de provocări de calcul interesante; GPU-urile pot juca un rol important în sprijinirea abordărilor de învățare automată pentru a aborda multe dintre aceste provocări”, a declarat Enrica Porcari, șeful departamentului IT CERN, într-un comunicat.

După Runda a 3-a, LHC va fi modernizat din nou în 2024 pentru a îngusta fasciculele de protoni. Acest lucru va face să aibă loc mai multe coliziuni, crescând numărul de coliziuni de la 40 în 2018 la 120-250. Aceste modernizări vor transforma LHC atât de mult încât va fi redenumit în High Luminosity Large Hadron Collider. HL-LHC este programat să fie pornit pentru prima dată în 2028.

Vă recomandăm să citiți și:

Câte găuri negre există în Univers? Numărul cuprinde nu mai puțin de 19 zerouri

O gaură neagră rară, „o verigă lipsă” din evoluția acestor bestii, a fost găsită în galaxia Andromeda

Cum sunt pregătiți magneții pentru mașinăria Large Hadron Collider

Noi cercetări arată ce se va întâmpla cu Pământul și planetele din jur pe măsură ce Soarele moare