Ученые готовятся в очередной раз раздвинуть границы передового края физики элементарных частиц. Для этого после 3-летнего перерыва вновь запустят Большой адронный коллайдер. Последний раз на нем проводили эксперименты в декабре 2018 года.
Что это такое
БАК расположен в научном центре CERN недалеко от Женевы на западе Швейцарии. Ускоритель элементарных частиц размещается в подземном кольцевом тоннеле длиной 27 км. Это настолько сложный объект, что находится на границе технологических возможностей науки.
Большой адронный коллайдер тяжело обслуживать. Для работы привлекаются лучшие специалисты человечества в своей области. А подготовка к экспериментам занимает месяцы и годы.
В преддверии очередного научного испытания комплекс подвергся модернизации. Улучшены технические возможности, повышена мощность. На это ушло 3 года. Уже скоро физики приступят к новым исследованиям элементарных частиц. Запуск намечен на начало марта 2022 года.
Цель – новая физика
Ученые уже давно отмечают несовершенство Стандартной модели касательно элементарных частиц. Если раньше физику за пределами Стандартной модели относили к теоретическим разработкам, то благодаря предыдущим экспериментам на БАКе подтверждены многие фундаментальные теории.
В частности, практически доказано существование бозона Хиггса – ключевого элемента Новой физики, предсказанного британским ученым Питером Хиггсом еще в 1964 году. Изучение его свойств и является целью нового эксперимента на коллайдере.
Зачем это нужно
Бозон Хиггса является ключом к разгадке тайн темной материи и темной энергии. И не только. Возможно, исследование его свойств поможет осуществить голубую мечту человечества – разработать Теорию всего. Это физико-математическая концепция, которая описывает все известные фундаментальные взаимодействия и элементарные частицы во Вселенной. Кстати, эта идея принадлежит другому гению – Стивену Хокингу.
Если удастся создать Теорию всего, то перед человеческой цивилизацией откроются безграничные возможности для дальнейшего технического прогресса, изучения космоса, получения энергии и материалов с улучшенными свойствами.
Новый этап
Несмотря на некоторые задержки в исследованиях из-за пандемии COVID-19, БАК готовится к работе. По специальным трубам в магнитных полях будут разгонять почти до скоростей света ионы или протоны, сталкивая друг с другом.
«Эти столкновения помогают понять, какие процессы происходят при самых высоких энергиях, доступных человечеству. Это имитация физических явлений, которые происходили во Вселенной на очень ранних этапах ее развития», - сказал Фил Олпорт, эксперт по детектору физики элементарных частиц из Бирмингемского университета в Великобритании.
Исследователи наверняка получат новые данные, которые послужат очередными кирпичиками в построении Новой физики. Каждый запуск Большого адронного коллайдера приближает ученых к великим открытиям и свершениям.
Расхождения в моделях
Физик-теоретик из ЦЕРНа Джон Эллис отмечает, что во время последнего включения коллайдера 3 года назад были получены любопытные данные. В рамках Стандартной модели электроны и мюоны при распаде низших кварков должны вести себя одинаково.
«Однако результаты, полученные во время эксперимента, в ходе которого исследовались различия между материей и антиматерией, указывают на то, что на самом деле они ведут себя по-разному. Между ними существует довольно значительная разница», - резюмировал исследователь.
Это одно из самых интригующих открытий последних лет. Эллис считает, что предстоит еще много работы, прежде чем эти выводы будут подтверждены в качестве конкретного открытия.
Больше мощности, больше возможностей
С целью модернизации ЦЕРНом увеличена мощность инжекторов с 6,5 до 6,8 тераэлектронвольт. Инжекторы нужны для направления пучков ускоренных частиц в коллайдере.
Для увеличения энергии протонных пучков до экстремального уровня, тысячам сверхпроводящих магнитов придется «привыкнуть» после длительного простоя к чрезвычайно сильным токам. «Магнитная тренировка» станет первым этапом запуска коллайдера. Для этого предстоит сделать 12 000 тестов.
«Тренированные» магниты БАКа и увеличенная мощность позволят сталкивать частицы при более высоких энергиях. А чем выше энергия, тем больше шансов открыть новые элементарные частицы или изучить свойства уже известных.
