Шта надоградња доноси ЦЕРН-у
Шест година након открића, Хигсов бозон потврђује предвиђање. Ускоро, надоградња на Велики хадронски колајдер ће омогућити научницима ЦЕРН-а да произведу више ових честица за тестирање Стандардног модела физике
Догађај кандидата за АТЛАС за Хигсов бозон (Х) који се распада на два доња кварка (б), у вези са В бозоном који се распада до миона (μ) и неутрина (ν). (Слика: АТЛАС/ЦЕРН) Написали Расхми Ранивала и Судхир Ранивала
Шест година након што је Хигсов бозон откривен у ЦЕРН-овом Великом хадронском сударачу (ЛХЦ), физичари честица објавили су прошле недеље да су приметили како се неухватљива честица распада. Ово откриће, представљено у сарадњи АТЛАС-а и ЦМС-а, приметило је да се Хигсов бозон распада на фундаменталне честице познате као доњи кваркови.
Године 2012. откриће Хигсовог бозона које је добило Нобелову награду потврдило је стандардни модел физике, који такође предвиђа да ће се око 60% времена Хигсов бозон распасти на пар доњих кваркова. Према ЦЕРН-у, тестирање овог предвиђања је кључно јер ће резултат или дати подршку Стандардном моделу — који је изграђен на идеји да Хигсово поље даје кваркове и друге фундаменталне честице масом — или ће уздрмати његове темеље и указати на нову физику.
Хигсов бозон је откривен проучавањем судара честица различитих енергија. Али трају само једну зептосекунду, што је 0,000000000000000000001 секунди, тако да откривање и проучавање њихових особина захтева невероватну количину енергије и напредне детекторе. ЦЕРН је раније ове године најавио да добија огромну надоградњу, која ће бити завршена до 2026.
Зашто проучавати честице?
Физика честица испитује природу у екстремним размерама, да би разумела основне састојке материје. Баш као што граматика и речник воде (и ограничавају) нашу комуникацију, честице комуницирају једна са другом у складу са одређеним правилима која су уграђена у оно што је познато као „четири основне интеракције“. Честице и три од ових интеракција су успешно описане јединственим приступом познатим као стандардни модел. СМ је оквир који је захтевао постојање честице зване Хигсов бозон, а један од главних циљева ЛХЦ-а је био да се пронађе Хигсов бозон.
Како се проучавају тако мале честице?
Протони се скупљају у гомиле, убрзавају скоро до брзине светлости и доводе до судара. Многе честице настају из таквог судара, названог као догађај. Честице које се појављују показују наизглед насумичан образац, али прате основне законе који управљају делом њиховог понашања. Проучавање образаца у емисији ових честица помаже нам да разумемо својства и структуру честица.
У почетку, ЛХЦ је обезбеђивао колизије са невиђеним енергијама омогућавајући нам да се фокусирамо на проучавање нових територија. Али, сада је време да се повећа потенцијал открића ЛХЦ-а снимањем већег броја догађаја.
(Извор: ЦЕРН) Дакле, шта ће значити надоградња?
Након откривања Хигсовог бозона, неопходно је проучити својства новооткривене честице и њен утицај на све остале честице. За то је потребан велики број Хигсових бозона. СМ има своје недостатке, а постоје алтернативни модели који попуњавају ове празнине. Ваљаност ових и других модела који пружају алтернативу СМ-у може се тестирати експериментисањем како би се проверила њихова предвиђања. Нека од ових предвиђања, укључујући сигнале за тамну материју, суперсиметричне честице и друге дубоке мистерије природе су веома ретке и стога их је тешко уочити, што додатно захтева потребу за ЛХЦ високог осветљења (ХЛ-ЛХЦ).
Замислите да покушавате да пронађете ретку разноликост дијаманата међу веома великим бројем делова изгледа сличног изгледа. Време потребно за проналажење жељеног дијаманта зависиће од броја комада обезбеђених по јединици времена за инспекцију и времена потребног за инспекцију. Да бисмо брже извршили овај задатак, потребно је да повећамо број обезбеђених комада и брже прегледамо. У том процесу, неки нови комади дијаманата, до сада незапажени и непознати, могу бити откривени, мењајући нашу перспективу о ретким врстама дијаманата.
Када се једном надогради, стопа судара ће се повећати, а самим тим и вероватноћа већине ретких догађаја. Поред тога, за уочавање својстава Хигсовог бозона биће потребно њихово обилно снабдевање. Након надоградње, укупан број Хигсових бозона произведених у једној години може бити око 5 пута већи од броја произведених тренутно; а у истом трајању укупан забележени подаци могу бити више од 20 пута.
Са предложеном луминозношћу (мера броја протона који прелазе по јединици површине у јединици времена) ХЛ-ЛХЦ, експерименти ће моћи да сниме око 25 пута више података у истом периоду као и за ЛХЦ који ради. Сноп у ЛХЦ-у има око 2.800 снопова, од којих сваки садржи око 115 милијарди протона. ХЛ-ЛХЦ ће имати око 170 милијарди протона у свакој групи, што ће допринети повећању осветљености за фактор од 1,5.
Како ће се надоградити?
Протони се држе заједно у групи помоћу јаких магнетних поља посебних врста, формираних помоћу квадруполних магнета. Фокусирање групе на мању величину захтева јача поља, а самим тим и веће струје, што захтева употребу суправодљивих каблова. Новије технологије и нови материјал (ниобијум-калај) биће коришћени за производњу потребних јаких магнетних поља која су 1,5 пута већа од садашњих (8-12 тесла).
Тестира се стварање дугих калемова за таква поља. Нова опрема ће бити инсталирана на 1,2 км ЛХЦ прстена од 27 км у близини два велика експеримента (АТЛАС и ЦМС), за фокусирање и стискање гроздова непосредно пре њиховог укрштања.
Стометарски каблови од суперпроводног материјала (суперпроводне везе) капацитета до 100.000 ампера биће коришћени за повезивање претварача снаге са акцелератором. ЛХЦ добија протоне из ланца акцелератора, који ће такође морати да се надогради да би испунио захтеве високе осветљености.
Пошто је дужина сваке групе неколико цм, да би се повећао број судара, прави се благи нагиб у гроздовима непосредно пре судара како би се повећала ефективна површина преклапања. Ово се ради помоћу 'ракова шупљина'.
Заједница експерименталне физике честица у Индији је активно учествовала у експериментима АЛИЦЕ и ЦМС. ХЛ-ЛХЦ ће такође захтевати надоградњу и ових. И дизајн и израда нових детектора, као и анализа података која је уследила, имаће значајан допринос индијских научника.
Подели Са Пријатељима:
