To ostatni sezon LHC. Za cztery lata ruszy jeszcze potężniejszy akcelerator
Rozpoczął się ostatni sezon badawczy Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Zderzenia cząstek będą prowadzone jeszcze do końca czerwca. Wtedy akcelerator zostanie wyłączony na cztery lata. Gdy ruszy ponownie w 2030 roku będzie nosił nazwę HiLumi LHC (High-Luminosity LHC), czyli Wielki Zderzacz Hadronów o Wysokiej Świetlności. Restart akceleratora po zwyczajowej zimowej przerwie był rekordowo szybki. Nasze zespoły mają już duże doświadczenie, dobrze rozumieją maszynę. Z nadzieją patrzymy na ostatnie miesiące jej działania, mówi Matteo Solfaroli Camilocci odpowiedzialny za działanie zderzacza.
Na najbliższe cztery miesiące zaplanowano różne rodzaje zderzeń. Przez pierwszych 9 tygodni zderzane będą protony, przez kolejne trzy tygodnie akcelerator będzie pracował z jonami ołowiu. Sezon zakończą dwa tygodnie zderzeń bardzo świetlnych wiązek protonów, w każdej z nich będzie 40% więcej protonów niż zwykle. W ciągu tych ostatnich dwóch tygodni pracownicy CERN-u będą nabierali doświadczenia z takimi wiązkami i szukali nieprzewidzianych procesów, które mogą wpłynąć na pracę z takimi wiązkami. To przygotowanie do uruchomienia HiLumi LHC.
Dnia 29 czerwca LHC zostanie wyłączony. W ciągu najbliższych czterech lat część Wielkiego Zderzacza Hadronów zostanie zdemontowana i zastąpiona innowacyjnymi urządzeniami, które właśnie są budowane.
Świetlność to jeden z najważniejszych parametrów akceleratorów. Świetlność chwilowa to liczba potencjalnych zderzeń, jakie mogą zajść w danej jednostce czasu i na danej powierzchni (przekroju czynnym). Świetlność zintegrowana to miara zgromadzonej ilości danych. Jednostką świetlności zintegrowanej jest 1 odwrotny femtobarn (fb-1), który odpowiada 100 bilionom (1014) kolizji. Do końca 2025 roku LHC zebrał dane z 500 femtobarnów. HiLumi LHC będzie zbierał ponad 250 femtobarnów rocznie, a w ciągu całego przewidywanego czasu pracy zbierze do 4000 femtobarnów.
To gigantyczna liczba zderzeń i danych. Można więc zapytać, po co one naukowcom. Odpowiedź jest dość oczywista. Uczeni szukają zjawisk, które zachodzą niezwykle rzadko. Im więcej zderzeń, tym większa szansa na zarejestrowanie tego typu zjawisk. A im więcej razy takie rzadkie zjawisko zostanie zarejestrowane, z tym większą dokładnością można je będzie badać. Jak pamiętamy, LHC powstał głównie po to, by znaleźć bozon Higgsa. I go znalazł. I to nie jeden raz. Dotychczas w Wielkim Zderzaczu Hadronów zarejestrowano 55 milionów bozonów Higgsa. Eksperci szacują, że w HiLumi powstanie ich około 380 milionów.
Zwiększenie świetlności oznacza zwiększenie liczby zderzeń. LHC wysyła naprzeciwko siebie dwie wiązki cząstek. Każda z wiązek składa się z setek lub tysięcy pakietów. Obecnie za każdym razem, gdy dwa pakiety mijają się w detektorach ATLAS i CMS dochodzi do około 60 kolizji. W HiLumi ich liczba wzrośnie od 140 do 200. A w centralnym punkcie wiązki liczba protonów wynosi 70 milionów na mikrometr kwadratowy. Oznacza to, że gdy pędzą naprzeciwko siebie dwie wiązki, a w każdej z nich na powierzchni milion razy mniejszej niż milimetr kwadratowy znajduje się 70 milionów protonów, to zderza się zaledwie 120 z nich. To pokazuje jak małe jest prawdopodobieństwo zderzenia.
Żeby zwiększyć świetlność LHC inżynierowie zamontują nowe silniejsze magnesy kwadrupolowe po obu stronach detektorów ATLAS i CMS. Magnesy te odpowiadają za skupienie wiązki. Będą one generowały pole magnetyczne o natężeniu około 12 tesli (obecne generują 8 tesli). Dodatkowo w HiLumi LHC parametry wiązki będą dynamicznie kontrolowane tak, by utrzymać jej świetlność przez cały czas. Obecnie świetlność wiązek spada w czasie, gdyż protony ciągle się ze sobą zderzają.
HiLumi LHC zostanie też wyposażony w komory skręcające wiązki. Będą one nieco zmieniały kształt przedniej i tylnej części paczek protonów tak, by wiązki lepiej się nakładały, co zwiększy prawdopodobieństwo zderzeń. A w związku z tym, że zwiększona zostanie świetlność i będzie więcej zderzeń, konieczne będzie zastosowanie bardziej rozbudowanych systemów zabezpieczających urządzenia przed uszkodzeniami przez cząstki wychodzące poza wiązkę.
Inżynierowie ulepszą też system zasilania magnesów nadprzewodzących, udoskonalą cały „silnik” akceleratora, czyli szereg urządzeń przygotowujących i przyspieszających cząstki, zanim trafią one do LHC.
W ramach przygotowań do tych prac wokół detektorów ATLAS i CMS wykopano szyby o głębokości około 80 metrów, podziemne hale i galerie serwisowe o długości około 300 metrów. To w nich zostaną umieszczone nowe instalacje.
HiLumi LHC ma ruszyć w 2030 roku. Pozostaje tylko trzymać kciuki za dotrzymanie terminu.
Komentarze (0)