Ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC), εισήλθε σε μια προγραμματισμένη τετραετή περίοδο παύσης λειτουργίας, προκειμένου να αναβαθμιστεί σε μια νέα, ακόμη πιο προηγμένη εκδοχή του, ανακοίνωσε ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Ο επιταχυντής σταμάτησε τη λειτουργία του τη Δευτέρα και αναμένεται να επανεκκινήσει το 2030 με την ονομασία High Luminosity Large Hadron Collider (HiLumi LHC).
Οι αναβαθμίσεις θα του επιτρέψουν να πραγματοποιεί περίπου δέκα φορές περισσότερες συγκρούσεις σωματιδίων σε σχέση με τον αρχικό σχεδιασμό του, αυξάνοντας σημαντικά τις δυνατότητες συλλογής δεδομένων. Τα νέα στοιχεία που θα προκύψουν ενδέχεται να οδηγήσουν σε σημαντικές ανακαλύψεις στη θεμελιώδη φυσική, προσφέροντας βαθύτερη κατανόηση για τη σκοτεινή ύλη, την αντιύλη και τις συνθήκες του πρώιμου Σύμπαντος.
«Πρόκειται για μια πολύ σημαντική στιγμή. Από τη Δευτέρα περνάμε σε μια νέα φάση», δήλωσε ο Μάρκους Ζερλό, επικεφαλής του έργου HiLumi LHC, υπογραμμίζοντας τη σημασία της μετάβασης στη νέα εποχή της σωματιδιακής φυσικής.
Ο επιταχυντής
Από την πρώτη επιτυχημένη σύγκρουση πρωτονίων το 2009 ο LHC έχει επιτρέψει στους φυσικούς να ελέγξουν θεωρίες της σωματιδιακής φυσικής και του Καθιερωμένου Προτύπου, που περιγράφει τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης. Ο επιταχυντής συνέβαλε καθοριστικά στην ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012, το οποίο βοήθησε να εξηγηθεί πώς τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν μάζα. Ο LHC αποτελείται από έναν υπόγειο δακτύλιο μήκους 27 χιλιομέτρων στα σύνορα Γαλλίας και Ελβετίας, κοντά στη Γενεύη.
Η παύση λειτουργίας είναι η τρίτη προγραμματισμένη μακρά διακοπή στην ιστορία του επιταχυντή. Η πρώτη, που ξεκίνησε το 2013 και διήρκεσε δύο χρόνια, περιλάμβανε την ενίσχυση των συνδέσεων μεταξύ των υπεραγώγιμων μαγνητών και την αύξηση της ενέργειας των δεσμών πρωτονίων. Η δεύτερη, από το 2018 έως το 2022, περιλάμβανε εκτεταμένες αναβαθμίσεις, αντικαταστάσεις εξοπλισμού και εργασίες προληπτικής συντήρησης.
Κατά τη διάρκεια της τρέχουσας διακοπής, γνωστής ως Long Shutdown 3 (LS3), οι ειδικοί θα εγκαταστήσουν νέο εξοπλισμό που θα αυξήσει τη φωτεινότητα του επιταχυντή κατά δέκα φορές. Αυτό θα οδηγήσει σε πολύ μεγαλύτερο αριθμό συγκρούσεων σωματιδίων, περίπου τριπλάσιο σε σχέση με τη σημερινή λειτουργία.
Αφού ολοκληρωθεί η αναβάθμιση ο HiLumi LHC θα λειτουργήσει μέχρι το τέλος της επιχειρησιακής του ζωής, που αναμένεται τη δεκαετία του 2040. Στη συνέχεια προβλέπεται να αντικατασταθεί από έναν ακόμη ισχυρότερο επιταχυντή υψηλότερης ενέργειας. «Είναι πραγματικά μια ευκαιρία να εξερευνήσουμε το Σύμπαν με τρόπο που δεν είχαμε ποτέ στο παρελθόν» δήλωσε ο γενικός διευθυντής του CERN Μαρκ Τόμσον.
Αναβάθμιση των ανιχνευτών και νέα εποχή για τη σωματιδιακή φυσική
Στις υπόγειες σήραγγες του LHC, τα πειράματα ATLAS και CMS θα υποστούν εκτεταμένες αναβαθμίσεις, μετατρεπόμενα ουσιαστικά σε νέους, ανανεωμένους ανιχνευτές. Για να αξιοποιήσουν πλήρως τις πρωτοφανείς δυνατότητες του HiLumi LHC, θα πρέπει να μπορούν να διαχειρίζονται από 140 έως 200 συγκρούσεις πρωτονίων σε κάθε «διασταύρωση δεσμών», σε σύγκριση με περίπου 60 κατά την τελευταία περίοδο λειτουργίας του LHC.
Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να εντοπίζουν και να επιλέγουν τις πιο ενδιαφέρουσες συγκρούσεις μέσα από περισσότερες από πέντε δισεκατομμύρια αλληλεπιδράσεις κάθε δευτερόλεπτο. Για να ανταποκριθούν σε αυτή την πρόκληση, και τα δύο πειράματα θα αντικαταστήσουν πλήρως τα συστήματα trigger, τα οποία είναι υπεύθυνα για την επιλογή των πιο υποσχόμενων γεγονότων προς περαιτέρω ανάλυση.
Τα γεγονότα αυτά θα καταγράφονται με τη χρήση προηγμένων νέων τεχνολογιών ανιχνευτών, όπως συστήματα ανίχνευσης βασισμένα εξ ολοκλήρου σε πυρίτιο με δισεκατομμύρια κανάλια ανάγνωσης (πολύ περισσότερα από τα σημερινά), ανιχνευτές υψηλής ακρίβειας χρονισμού με διακριτική ικανότητα λίγων δεκάδων πικοδευτερολέπτων και νέα συστήματα θερμιδομετρίας που θα μπορούν να λειτουργούν σε ρυθμούς της τάξης των μεγαχέρτζ.
Κατά την περίοδο αυτή δεν θα κυκλοφορούν δέσμες σωματιδίων, όμως η επιστημονική δραστηριότητα στο CERN θα παραμείνει έντονη. Χιλιάδες ερευνητές θα συνεχίσουν να αναλύουν τα τεράστια σύνολα δεδομένων της εποχής του LHC, εξάγοντας νέα αποτελέσματα φυσικής, ενώ ταυτόχρονα θα προετοιμάζουν τα πειράματα για τις προκλήσεις που έρχονται.
Όταν ο επιταχυντικός σύμπλεγμα επανεκκινήσει σταδιακά από το 2028, θα εγκαινιάσει μια νέα εποχή για τη φυσική υψηλών ενεργειών. Χτίζοντας πάνω στην κληρονομιά του LHC, ο HiLumi LHC θα προσφέρει πρωτοφανείς δυνατότητες για την εμβάθυνση της κατανόησής μας για το Σύμπαν και για την εξερεύνηση μερικών από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα της επιστήμης.
(Με πληροφορίες από CERN)
