Эксперименты на Большом адронном коллайдере остановили на два года

Научные эксперименты на Большом адронном коллайдере прекращены, теперь ему предстоят два года без научной работы — ученые и инженеры будут заниматься модернизацией и ремонтом ускорителя, чтобы увеличить его светимость примерно в два раза и сделать шаг к превращению его в Большой адронный коллайдер высокой светимости (High Luminosity LHC, HL-LHC). Информация о завершении второго сезона коллайдера (Run 2) опубликована на онлайн-мониторе состояния установки.

В начале ноября на коллайдере проводили эксперименты со столкновениями ядер свинца, которые продлились чуть более трех недель. В первой половине декабря будет идти тестирование электрических систем и магнитов ускорителя, а затем коллайдер отключат на два года, в течение этого времени коллайдер пройдет модернизацию и будет подготовлен к превращению в новую версию, в HL-LHC. Подготовка к апгрейду началась еще в июне, его конечная цель — позволить детекторам БАКа быстрее набирать статистику, а значит повысить вероятность увидеть нечто новое.

В БАКе сталкиваются встречные пучки протонов, разогнанных до энергии почти 7 тераэлектронвольт, результаты их столкновений фиксируют детекторы, а ученые анализируют их, пытаясь найти отклонения от предсказаний теории — Стандартной модели. Однако все процессы в физике элементарных частиц — вероятностные, поэтому, чтобы исследовать редкие процессы, надо набирать огромную статистику процессов — триллионы распадов прелестных мезонов или событий рождения бозонов Хиггса. Чтобы эксперименты могли «дотянуться» до редкого процесса нужно либо ускорять набор статистики, либо повышать энергию столкновений.

Проект HL-LHC призван ускорить набор статистики распадов, для этого нужно увеличить вероятность столкновения частиц — а значит увеличить плотность облака протонов, которые разгоняются в коллайдере. Для этого, например, понадобятся более мощные магниты. Сейчас в ускорителе используются магниты с индукцией 8,3 тесла (примерно в 250 тысяч раз больше, чем поле Земли), для обновления коллайдера будут изготовлены около 130 новых сверхпроводящих магнитов, поле которых достигнет 11,5 тесла. Модификация затронет и систему электропитания, будут построены новые полости и технологические туннели, чтобы облегчить обслуживание БАК и увеличить рабочее время ускорителя, будет установлено новое криогенное оборудование и системы вентиляции. В сумме работы затронут более 1,2 километра ускорителя из 27 километров кольца.

Коллайдер будет отключен до 2021 года, затем БАК проработает три года с удвоенной светимостью, а затем будет вновь остановлен на 2,5 года, после которого установка и превратится в HL-LHC со светимостью в 6–7 раз выше проектной. Как ожидается, во время сезона 2026-2036 года HL-LHC наберет в десять раз больше данных, чем за время работы БАК.

Подробнее о том, какие инженерные системы обслуживают работу БАК и о том, насколько сложно их техническое обслуживание, можно прочитать в нашем материале «Большой ремонт большой машины».

Илья Ферапонтов