Большой адронный коллайдер остановлен для масштабной модернизации

Европейская организация по ядерным исследованиям объявила о прекращении работы Большого адронного коллайдера. Ускоритель частиц, расположенный в подземном туннеле близ Женевы, остановлен для проведения третьего длительного периода простоя — программы технического обслуживания и модернизации, которая преобразует его в Коллайдер высокой светимости. Переоснащение станет самым масштабным инженерным проектом ЦЕРН со времени постройки самого коллайдера.

Запуск обновлённого ускорителя в тестовом режиме планируется на 2028 год, а с 2030 года на нём начнётся полноценная научная работа. Общая стоимость модернизации составит полтора миллиарда долларов. Средства будут покрыты за счёт членских взносов ЦЕРН, а также вложений от стран, не входящих в организацию, включая США, Японию, Канаду и Китай.

Основной задачей модернизации станет увеличение светимости коллайдера — физического параметра, измеряющего количество столкновений частиц в единицу времени. После обновления коллайдер будет сталкивать в десять раз больше частиц, чем предусматривалось изначальным проектом. Большее количество столкновений предоставит учёным больше данных и повысит вероятность новых открытий в физике элементарных частиц. Модернизация затронет участок длиной 1,2 километра из общего 27-километрового туннеля. Для увеличения числа столкновений установят новые сверхпроводящие магниты из сплава ниобий-олово, создающие более сильное магнитное поле. Коллайдер высокой светимости получит несколько новых технологий, разработанных специально для него. Среди них — крабовые резонаторы, наклоняющие сгустки частиц для их встречи под прямым углом, а не под углом, что сделает эксперименты более эффективными. Также планируется внедрение кристаллических коллиматоров для удаления случайных частиц и новых высокотемпературных сверхпроводящих линий электропередачи.

Поскольку коллайдер будет передавать значительно больше данных, потребуется обновление его детекторов. За время простоя будут обновлены главные детекторы ATLAS и CMS, каждый из которых имеет размеры многоэтажного дома. Детекторы интегрируют с искусственным интеллектом для облегчения обработки данных. Строительные работы для модернизации начались ещё в 2018 году и продолжались четыре года. Для детекторов ATLAS и CMS были вырыты новые шахты глубиной 80 метров и диаметром 10 метров, подземные пространства для оборудования и 300-метровые галереи для прокладки кабелей.

Большой адронный коллайдер был построен в 2008 году для изучения элементарных частиц. Его 27-километровый туннель используется для разгона пучков протонов до скорости, близкой к скорости света. В 2012 году коллайдер выполнил одну из главных задач — с его помощью обнаружили бозон Хиггса, частицу, отвечающую за массу других частиц. Его существование было подтверждено экспериментально благодаря работе коллайдера. За всё время работы БАК произвёл около 55 миллионов бозонов Хиггса. Ожидается, что обновлённый коллайдер в течение десяти лет произведёт уже 380 миллионов таких частиц, что позволит точнее изучать аномалии и отклонения, которые пока не объясняет Стандартная модель.

От обновлённого коллайдера также ждут разгадки тёмной материи. Более частые столкновения протонов теоретически могут показать её частицы. До сих пор физикам не удавалось её обнаружить, хотя её существование подтверждено гравитационным влиянием. С учётом того, что из тёмной материи состоит около 27 процентов Вселенной, её обнаружение станет прорывом. Создаваемые коллайдером условия позволят проверить на практике теорию струн, предполагающую существование дополнительных измерений. Даже если новые измерения не будут обнаружены, у учёных сузится поле для их поиска.

Разработанные для коллайдера технологии находят применение в электронике, вычислительной технике, информатике и медицине. Особенно ценными становятся открытия в области создания сверхпроводников, позволяющих устойчиво передавать электроэнергию на большие расстояния. Модернизация коллайдера открывает новую главу в истории физики высоких энергий. Учёные надеются, что обновлённый ускоритель поможет ответить на вопросы, которые десятилетиями оставались без ответа. Возможно, именно Коллайдер высокой светимости станет тем инструментом, который позволит человечеству заглянуть за пределы известного мира и понять, как устроена Вселенная на самом глубинном уровне. Время покажет, оправдают ли ожидания, но уже сейчас ясно, что этот проект имеет огромное значение для науки и будущих поколений.