Cel mai mare accelerator de particule, LHC de la CERN, îşi reia activitatea

LHC_CERN
LHC. Credit imagine: CERN

Cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, își reia activitatea treptat după doi ani de întreținere și îmbunătăţiri în valoare de 124 milioane de euro. LHC este acum pregătit să exploreze noi tărâmuri ale fizicii particulelor în următorii trei ani la o energie de ciocnire de 13 TeV[1], o creștere semnificativă față de ciclul inițial de trei ani, care a început cu o energie de ciocnire de 7 TeV, ridicându-se ulterior la 8 TeV. Primele fascicule de protoni care vor circula în LHC sunt planificate pentru săptămâna care începe pe 23 martie, iar primele ciocniri 13 TeV sunt așteptate la sfârșitul lunii mai spre începutul lui iunie.

La începutul anului 2013, după trei ani de funcționare, Large Hadron Collider (LHC) a fost oprit și sute de ingineri și tehnicieni au petrecut aproximativ doi ani pregătind acceleratorul pentru a rula la o energie de ciocnire de 13 TeV, aproape dublă faţă de energia de ciocnire a primului ciclu de funcţionare al acceleratorului. De la bun început inginerii au intenţionat să folosească energia de 14 TeV, dar în cele din urmă au decis să se limiteze la 13 TeV, cu scopul de a reduce probabilitatea de defecțiuni tehnice și avarii. În plus, facilitatea va fi mult mai sigură și stabilă la energia de ciocnire de 13 TeV.

De la lansarea inițială din 2008, cercetătorii CERN de la Geneva au folosit acceleratorul de particule, lung de 27 de kilometri, pentru a ciocni protonii acceleraţi până la o viteză apropiată de viteza luminii. Imediat după ciocnire, particulele se rup în elemente constituente mai mici.

Una dintre particulele care pot fi generate la aceste energii este bozonul Higgs, o particulă fundamentală care a fost prezisă teoretic încă din 1964, însă existența sa a fost dovedită în urmă cu trei ani.

Pentru a face ciocnirile mai eficiente, fizicienii de la CERN testează în prezent un nou mod de a lansa protonii prin instalaţia de accelerare. Va fi redus numărul de particule grupate în „pachete”, care circulă la viteze relativiste prin LHC; cu toate acestea, rata de coliziune a acestor grupări de particule va crește. Distanța dintre pachetele de particule va fi acum extrem de mică, de doar 25 de nanosecunde. Acest lucru va face mai ușoară sarcina detectorilor de a analiza datele obţinute în urma ciocnirilor.

Chiar și după repornirea de la sfârșitul lunii martie, LHC va accelera protoni la energie inferioară celei nominale. Vor urma teste și verificări ale sistemului, înainte ca primele coliziuni să fie înregistrate la începutul lunii iunie, când oamenii de ştiinţă vor începe colectarea de date pentru fizica particulelor. Înainte de aceasta, datele furnizate vor fi de interes, în principal, pentru persoanele însărcinate cu buna funcţionare a acceleratorului.

Noile îmbunătăţiri

Pe lângă energia superioară de coliziune, luminozitatea şi intensitatea fasciculelor vor fi, de asemenea, mai mari, producându-se astfel mai multe ciocniri pe secundă. Combinația de energie și luminozitate crescută va însemna o creștere uriașă a cantității de date produse, oferind mai multă relevanță statistică pentru analizele de fizică. În plus, ciocnirile la energii mai mari ar putea produce noi particule și fenomene care nu au mai fost observate înainte.

Inginerii au folosit această pauză de doi ani şi pentru a spori stabilitatea acceleratorului. Pentru a face față unei energii potenţiale mai mari, contactele electrice modernizate au îmbunătățit sistemele de răcire pentru magneţii supraconductori şi au fost instalaţi noi detectori.

Mecanismele de selectare ale evenimentelor relevante pentru fizica ciocnirilor de particule la energii înalte au fost reglate cu atenţie. Este practic imposibil să fie înregistrate și procesate toate miliardele de ciocniri de particule care au loc la LHC. Fără o preselecție, calculatoarele s-ar supraîncărca repede. Cu toate acestea, numărul rezultat este încă impresionant: înainte, LHC procesa circa 20 de milioane de ciocniri pe secundă între pachetele de protoni acceleraţi. Acum, rata va crește la 40 de milioane pe secundă.

Pentru a pregăti acceleratorul pentru această nouă frontieră energetică, 18 dintre cei 1.232 de magneți dipolari supraconductori ai LHC, care dirijează fasciculele de particule de-a lungul acceleratorului, au fost înlocuiţi din cauza uzurii. Peste 10.000 de interconexiuni electrice dintre magneții dipolari au fost şuntate cu bucăți de metal care acționează ca o cale alternativă pentru curentul de 11.000 amperi, protejând astfel interconectarea în cazul în care există o defecțiune. Maşinăria va funcționa la o tensiune mai mare pentru a opera fasciculele de energii mai mari și a fost dotată cu noi echipamente de electronică rezistentă la radiaţii. Sistemul de vid care menţine conducta fasciculelor liberă de molecule nedorite a fost modernizat, iar sistemul de răcire criogenică pentru magneţii dipolari supraconductori ai LHC a fost renovat.

Pachetele de protoni din accelerator vor fi separate temporal numai 25 de nanosecunde, comparativ cu 50 de nanosecunde, valoarea caracteristică ciclului precedent. LHC va furniza astfel mai multe particule în unitatea de timp, precum și mai multe coliziuni în cadrul experimentelor. Pentru a fi pregătite pentru noile provocări, experimentele de la LHC, inclusiv ALICE, ATLAS, CMS şi LHCb, au trecut prin programe complete de consolidare şi întreţinere, inclusiv actualizări ale sistemelor de subdetectori şi de achiziţie de date.

Departamentul IT de la CERN a cumpărat și instalat aproape 60.000 de noi core-uri și peste 100 de petabytes de stocare suplimentară pe disc pentru a face față cantităţii de date crescute care este așteptată de la experimente în timpul celui de-al doilea ciclu de funcţionare. Îmbunătăţiri semnificative au fost făcute, de asemenea, la infrastructura de rețea, inclusiv instalarea de noi surse de alimentare neîntreruptibile.

Planuri de viitor

Pe lângă studierea bozonului Higgs cu mult mai mare precizie, fizicienii caută probe ale unei noi fizici, dincolo de „Modelul Standard”, care descrie toate particulele subatomice cunoscute. Unele teorii, cum ar fi „Modelul Supersimetric”, prezic existența unor particule exotice, care ar trebui să apară în ciocnirile de energii înalte de la LHC. O altă posibilitate este descoperirea dimensiunilor suplimentare, dincolo de cele patru dimensiuni familiare spațiu-timp. De asemenea, fizicienii ar putea identifica, materia întunecată misterioasă, care constituie cea mai mare parte din masa Universului. Candidații la statutul de materie întunecată apar frecvent în teoriile fizicii dincolo de „Modelul Standard”, incluzând particulele supersimetrice și dimensiunile suplimentare.

Colaborarea internaţională LHC implică aproximativ 10.000 de oameni de ştiinţă din 113 ţări. Institutul de Științe Spațiale este implicat în experimentul ALICE.

[1] TeV – Teraelectron volt

Social Widgets powered by AB-WebLog.com.