Великий адронний колайдер перевищив проектну світність удвічі

Великий адронний колайдер, незважаючи на технічні проблеми однієї з секцій прискорювача, достроково виконав план з набору статистики протон-протонних зіткнень на 2017 рік. До кінця жовтня колайдер набрав понад 45 зворотних фемтобарн інтегральної світності - більше, ніж у 2016 році або за весь Run 1 (2011-2012 роки). Крім того, світність прискорювача вже в два рази перевищила проектну - за рахунок поліпшеного фокусування пучка. Про це повідомив центр управління CERN.

Світність - важлива характеристика колайдерів, за допомогою якої можна з'ясувати, як часто відбуваються зіткнення частинок або народження будь-яких об'єктів в експерименті. Вона пов'язана з тим, як багато частинок знаходиться в зустрічних пучках, а також з тим, наскільки добре ці пучки сфокусовані. Фізичний сенс цієї величини полягає в кількості попарних взаємодій (у припущенні, що всі протони в пучці взаємодіють з усіма протонами в зустрічному пучку) відбуваються за секунду в одиничному перерізі. Ці взаємодії не обов'язково призводять до народження частинок. Чим більше світність, тим частіше в колайдері відбувається народження будь-яких частинок або інші процеси - а значить тим швидше експерименти БАК набирають наукову статистику.

Інтегральна світність - величина, що показує як багато взаємодій відбулося за якийсь період часу, вона прямо пропорційна зібраній колайдером статистиці. Вона вимірюється у зворотних фемтобарнах, один зворотний фемтобарн приблизно відповідає ста мільйонам мільйонів (10¹⁴) протон-протонних зіткнень.

За час з моменту запуску колайдер збільшив свою світність більш ніж у сто тисяч разів. Це досягається за рахунок звуження пучків і збільшення кількості протонних згустків, що курсують у прискорювачі. Зараз число згустків досягає 2556 штук - це максимум, який можна забезпечити з наявною системою попередніх прискорювачів. Перевищити проектну світність допомогла поліпшена техніка стиснення пучків - цей поріг було подолано ще в 2016 році.

У 2017 році, після щорічної зимової зупинки колайдера на техобслуговування, інженери виявили проблему в одній із секцій 27-кілометрового кільця. З незрозумілих причин пучок протонів швидко деградував і його часто доводилося скидати, а повна енергія пучка приблизно дорівнює кінетичній енергії самоскиду, що їде зі швидкістю близько 200 кілометрів на годину. Основна гіпотеза - під час техобслуговування в секцію 16L2 потрапив і замерз повітря. Через це число згустків довелося зменшити в чотири рази на деякий час. Згодом технікам вдалося обійти проблему на ділянці, Великий адронний колайдер знову вийшов на максимальну продуктивність.

Виконати план вдалося і незважаючи на позачергові наукові пуски інших експериментів, перенесені з 2018 на 2017 рік. Цього року протон-протонні зіткнення на Великому адронному колайдері триватимуть ще близько двох тижнів, потім два тижні підуть на короткострокові наукові експерименти, і, з 11 грудня, найбільший у світі прискорювач знову піде на зимове техобслуговування.

2018 рік стане останнім у Run 2 - другому пуску коллайдера. Потім відбудеться дворічна технічна зупинка для удосконалення системи інжекції протонів у прискорювач, яка підніме світність у пару разів. У 2024 році почнеться установка обладнання для проекту High-luminosity LHC, яке збільшить швидкість набору статистики БАК ще в кілька разів.

Серед головних наукових результатів роботи Великого адронного коллайдера - відкриття бозона Хіггса, збудження поля Хіггса, завдяки якому елементарні частинки набувають маси. Також експерименти БАК відкрили цілий ряд нових частинок, зокрема тетракварків і пентакварків (складаються з чотирьох і п'яти, а не трьох або двох кварків, як більшість відомих частинок). Нещодавно фізикам експерименту ATLAS вдалося зареєструвати ефект розсіювання квантів світла, фотонів, на фотонах - одне з найстаріших передбачень квантової електродинаміки, що досі не спостерігалося експериментально.