БАК модернизируют для изучения бозона Хиггса

Глубоко под франко-швейцарской границей остановлен Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе. Начался длительный период отключения, в ходе которого тысячи ученых, инженеров и техников разбирают части машины, устанавливают новые технологии и готовят одну из самых амбициозных модернизаций в экспериментальной физике. Когда коллайдер снова заработает примерно в 2030 году, он станет Большим адронным коллайдером высокой светимости (HL-LHC), пишет Phys.org.

Что изменится: в семь раз больше данных

Новый коллайдер будет способен выдавать примерно в семь раз больше данных, чем машина, открывшая бозон Хиггса в 2012 году. Это открытие подтвердило механизм, дающий элементарным частицам массу, и Хиггс стал последним недостающим элементом Стандартной модели физики элементарных частиц. Однако многие важнейшие вопросы теперь не о том, существует ли Хиггс, а ведет ли он себя в точности так, как предсказано.

Почему это важно: охота за трещинами в Стандартной модели

Малейшие отклонения от Стандартной модели могут указывать на совершенно новые частицы или силы. Такие открытия помогли бы понять природу темной материи или объяснить, почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии. HL-LHC увеличит светимость коллайдера — количество протонных столкновений — примерно в семь раз, и для физики Хиггса эти дополнительные данные станут преобразующими.

Редкие распады: то, что было недоступно раньше

Некоторые из наиболее интересных распадов бозона Хиггса — когда он превращается в другие частицы — настолько редки, что оставались за пределами возможностей сегодняшнего БАК. Один из примеров — распад бозона Хиггса на два мюона. Другой — распад на очарованные кварки. Эти процессы проверяют, взаимодействует ли бозон Хиггса с более легкими частицами точно так, как предсказывает Стандартная модель. Самая амбициозная цель — наблюдение пар бозонов Хиггса, что позволит впервые измерить самосвязь Хиггса — силу, с которой поле Хиггса взаимодействует само с собой.

Технологический прорыв: детекторы нового поколения

В HL-LHC каждое пересечение протонных пучков будет создавать до 200 одновременных протон-протонных взаимодействий. Для распутывания этого плотного клубка частиц требуются детекторы, более быстрые, точные и устойчивые к радиации, чем все, что создавалось ранее. В экспериментах ATLAS и CMS устанавливаются новые кремниевые трекеры, способные выдерживать уровни радиации, которые быстро уничтожили бы предыдущие поколения датчиков.

Четвертое измерение: время как ключ к точности

Одна из инноваций — добавление точного времени. Новые детекторы времени будут измерять время прибытия частиц с точностью до нескольких десятков триллионных долей секунды. Добавляя время как четвертое измерение к отслеживанию частиц, эти детекторы позволят физикам связать каждую частицу с правильным столкновением.

Что дальше: новая эра физики частиц

Когда HL-LHC начнет работу, он не просто продолжит научную программу Большого адронного коллайдера. Он откроет новую эру точной физики Хиггса. Обнаружит ли он тонкие трещины в Стандартной модели или подтвердит нынешнее понимание с беспрецедентной точностью — это определит физику частиц на десятилетия вперед.

Ранее мы писали, что ученые впервые выделили ДНК древних художников со стен пещер.